Yüzeylerinden düzgün üfleme yapılan kare kesitli silindir etrafındaki akışta aerodinamik özelliklerin deneysel ve sayısal incelenmesi

Abstract

Kare kesitli küt cisimler etrafındaki akış; yüksek yapılar etrafındaki rüzgâr hareketi, çeşitli ısı değiştirgeci uygulamaları, deniz, hava ve kara taşıtlarının bazı donanımları etrafındaki akış gibi çeşitli uygulamalarda ortaya çıkar. Bu türden tasarımlarda; direnç ve kaldırma kuvvetinin kontrolü, ısı geçişinin iyileştirilmesi veya ısıl korumanın sağlanması gibi bazı temel amaçlar hedeflenir. Cisimlerin yüzeylerinden yapılan üfleme veya emme, cisim etrafındaki akışa ait çeşitli parametreleri denetim altına alma amacıyla bilinen yöntemlerdendir.Bu tez çalışması kapsamında; akışa karşı yatay ve diyagonal konumlarda duran kare kesitli silindirin çeşitli yüzeylerinden yapılan üflemenin; direnç ve kaldırma katsayıları ve Strouhal sayısı üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Bu amaçla, bir rüzgar tüneli üç farklı Reynolds sayısında (10000, 16000, 24000) ve çeşitli üfleme hızlarında yapılan deneylerde akış içerisinde bulunan silindir yüzeylerinde basınç ölçümü ve silindirin arkasındaki iz bölgesinde girdap frekans ölçümleri yapılmıştır. Ayrıca yatay kare kesitli silindir etrafındaki iki boyutlu türbülanslı akışta, uygun sınır koşulları ile model yüzeylerinden yapılan üfleme için geliştirilmiş olan bir bilgisayar programı yardımıyla direnç katsayısı ve kaldırma katsayısı değerleri sayısal olarak elde edilmiş ve deneysel veriler ile karşılaştırılmıştır. Bu amaçla; ?Kato-Launder? iyileştirmeli k- ? türbülans modelinin kullanıldığı ve denklem sisteminin sonlu hacim yöntemine göre ayrıklaştırıldığı bir algoritma kullanılmıştır.Çalışmada elde edilen bulgular göstermiştir ki; bütün üfleme uygulamaları içerisinde yatay kare silindirin üflemesiz duruma göre direnç katsayısındaki en yüksek düşüş üst-arka-alt yüzeylerden yüksek hızda yapılan üflemede ortaya çıkmaktadır. Direnç katsayısındaki en fazla artış ise ön yüzeyden yüksek hızda yapılan üflemede görülmüştür. Strouhal sayısı için en düşük değerler arka yüzeyden ve bütün yüzeylerden yapılan üfleme uygulamasında elde edilmiştir. Dolayısıyla girdap kontrolü açısından en ideal olanın arka yüzeyden yapılan üfleme uygulaması olduğu belirlenmiştir. Diyagonal kare silindir yüzeylerinden yapılan üflemede en düşük direnç katsayısı ön yüzeylerden yapılan üfleme durumunda elde edilmiştir. Diyagonal kare silindirin ön-üst yüzeyinden yapılan üfleme uygulamasında Strouhal sayısının değişmediği, diğer bütün üfleme uygulamalarında Strouhal sayısının artan üfleme katsayısı ile birlikte artmakta olduğu görülmüştür. Sayısal sonuçlar bir ve iki yüzeyden üfleme durumunda deneysel veriler ile uyum gösterirken, diğer üfleme uygulamalarında farklılıklar ortaya çıkmıştır.