Modifications of wakes from bluff bodies: inviscid and viscous discrete vortex methods
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 14139
- Danışmanlar: DOÇ.DR. M. FEVZİ ÜNAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Uçak Mühendisliği, Aircraft Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1990
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 99
Özet
KÜT CİSİM İZ AKIŞLARININ MODİFİKASYONU ÖZET Küt cisimlerin oluşturduğu iz akışına pratikte birçok uygulamada rastlan maktadır. Bunlar arasında, yüksek binalar etrafındaki akış, derin denizlerde bulunan petrol platfomlannı deniz tabanına bağlayan elemanlar arasındaki akış gibi genellikle inşaat mühendisliğini ilgilendiren uygulamalar da sayılabileceği gibi uçak ve makina mühendisliğinin ilgi alanına giren birçok uygulama sıralanabilir.Mesela, ısı değiştirici tüp demetleri etrafındaki akış, biri diğerinin izi içerisinde hareket eden ve efektif olarak küt olan helikopter pervaneleri arasındaki akış çok kadameli türbinler içinde paller etrafındaki akış bunlardan sadece birkaçıdır. Örneklerden de anlaşılacağı üzere, pratikte sadece birtek küt cismin oluşturduğu iz akışına nadir olarak rastlanmaktadır. Daha çok, birden çok cismin iz akışının etlkileşimli olarak ortaya çıktığı görülmektedir. Bu nedenle de etkileşimli iz akışını incelemek özel bir öneme sahip olmaktadır.Mamafih, tek bir cismin oluşturduğu iz akışı da, özellikle daha az karmaşık olması ve bu nedenle genelde iz akışı konusunda aydınlatılmak istenen noktalara ışık tutması açısından önemlidir. Küt cisimlerin ard izi, cisim yüzeyleri üzerinde gelişen şuur tabakaların belirli bir noktadan sonra ayrılması sonucu ortaya çıkar.Ayrılmış sınır tabakalar içinde sürekli bir çevri dağılımı vardır.Sonlu kalınlıktaki bu ayrılmış sınır tabaka kararsızlığı nedeni ile gelişimi sonucu girdap veya vorteks olarak adlandırılan akış yapılarının oluşmasına sebep olur. Bu yapıların, küt cismin alt ve üstünden periyodik bir şekilde ayrılması sonucu da vorteks caddesi adı verilen uzak iz bölgesi meydana - vı -gelmektedir.Sözü edilen vortekslerin, cismin alt ve üst yüzeylerinden aralarında be lirli bir faz farkıyla birbiri ardı sıra oluşması, beraberinde izin oluşumundan sorumlu olan cismin üzerine etki eden çalkantı kuvvetlerini getirmektedir. Taşıma ve sürükleme kuvvetlerindeki çalkantılar cismin doğal frekanslarından birine yeteri kadar yakın frekansda olduğunda ise, elastik bağlı ve yeterince sonümlü olmaması halinde cismi hasara kadar götürecek etkinliğe ulaşmaktadır. Dolay ısı ile de iz akışının ve dolayısı ile onun cisim üzerinde oluşturduğu etkilerin şu veya bu şekilde kontrol altında tutulması arzu edilen bir işlem olmaktadır.Bu kontrol aktif veya pasif bir şekilde yapılabilmektedir.Aktif kontrole bir örnek, cismin dışarıdan belirli frekans ve genlikteki salınımlara tabi tutulması olabilir. Veya, bu tez çalışmasında inceleme konularından biri olan küt cisim tabanından belirli oranlarda akışkan beslenmesi de aktif iz kontrolüne bir örnek olarak verilebilir.izin pasif olarak kontrolü ise biz zat akış alanı içerisinde onun bir parçası olabilecek şekilde yapılabilen değişiklikler yoluyla olabilmektedir. Mesela, küt cisim tabanına ayırıcı bir levha bağlanarak alt ve üst yüzlerden ayrılan sınır tabakalar arasındaki etkileşimi sınırlamak ve bunun sonucu olarak iz akısını kontrol etmek pasif kontrola bir örnektir. Burada ele alman çalışmada, yukarıda bahsedilen akışkan üflenmesinin yanısıra böyle bir pasif kontrolda incelenmektedir.Bu pasif kontrol, dairesel bir silindirin yakınına, çeşitli noktalara yerleştirilen ve ona göre 1/20 gibi oranda çapı küçük olan ikinci bir silindir aracılığı ile sağlanmaktadır. Çalışmada seçilen sayısal yöntem Ayrık Vorteks Yöntemi olarak adlandırılmaktadır. Bu yöntemle, çevrinin akis alanının tümünden ziyade, ayrılmış sınır tabakalar içinde olduğu gibi, bu alanın içinde kısıtlı bölgelerde yoğunlaşmış olmasının avantajı kullanılmaktadır.Aksi halde, yani akış alanının tümüne yayılmış çevri halinde, Ayrık Vorteks Yöntemi gibi Lagrange'sal bir yöntem pratik olmaktan çıkacaktı. Halbuki, akış alanı içinde sınırlı bölgede yoğunlaşmış ye içinde çevri dağılımında süreksizlik göstermeyen ayrık sınır tabaka, bir dizi çevri paketciği ile temsil edilebilmekte ve bu paketciklerin hareketleri boyunca takibi, sonuçta şuur tabakanın zaman içinde gelişimini ortaya çıkarmaktadır. - vııLagrange yöntemi ile daimi olmayan akış alanının belirlenmesinde kullanılan denklem, yoğunluk gradyeninin olmaması hali ve sıkıştırılamaz akışkan hali için Newtonsal bir akışkanın hareketini tanımlayan, (w = V A U) cinsinden yazılmış ^ = Ş + 0.V0=*V2cD + tf.VÜ (1) Navier-Stokes denklemidir. Bu tez çalışmasının ilk kısmına konu olan dairesel silindirden etkileşimli iz akışında akış iki boyutludur ve çevrinin difuzyonu taşınımı yanında ihmal edilmektedir. Dolay ısı ile hareket denklemi w=° haline gelmektedir. Burada artık çevri w skaier bir büyüklüktür ve denklemin de ifade ettiği gibi akış alanındaki her bir akışkan parçacığına ait çevri, parçacık ile birlikte taşınmakta ve hareket boyunca sabit kalmaktadır. Dolayısı ile de akışa ait kinematik özellikler noktasal vortekslerin hareketini belirlemede kullanılabilmektedir. Noktasal vortekslerin hızı iki bölümden oluşmaktadır. Biri, cismin etrafındaki çevrisiz akışkan hızı, diğeri ise akış alanındaki diğer vortekslerce indüklenen toplam hızdır.Sözü edilen vortekslerin sınırsız bir akış alanı içinde değil de katı bir cidarla sınırlandırılmış bir alanda bulunması halinde, bu cidarda viskoz olmayan şuur şartı imaj vorteks yöntemi ile göz önüne alınmalıdır.Silindir izinin bir başka silindir ile değişikliğe uğratılması halinde akış alanındaki vortekslerin her iki silindir içinde yeterli sayıda imajı alınarak sınır şartı sağlanmış olmaktadır.Temel akış için de benzer bir durum söz konusudur Silindirleri temsil etmek üzere akış alanı içine yerleştirilen - viii -dublelerin, diğer silindir ve temsil ettiği silindir içindeki yeteri sayıda ardışık imajı temel akış için sınır şartını sağlamada kullanılmaktadır. Lagrange yöntemi avantajları yanısıra gerektirdiği hesaplama zamanı açısından mahsurlu bir yöntemdir.Ayrılma noktalarından belirli zaman aralıktan ile akış alanına beslenen ayrık vorteksler sayıca çoğaldıkça vorteks konumlarındaki hızların hesabı pratik olmaktan uzaklaşmaktadır. Vorteks konumlarındaki hızlan hesaplamak için yapılan işlem sayısı N vorteks sayısı olmak üzere N* ile orantılı olarak artmak tadır. Bu mahsurun giderilmesi için, birbirlerine belirli derecede yakın olan vortekslerin birleştirilmesi ve katı cidardan yeteri uzaklıkta bulunan bir küme vorteksin tek bir vorteks olarak göz önüne alınmasından Hibrid (Lagrangesal-Eulersal) yöntemlere kadar birçok yöntem geliştirilmiş bulunmaktadır. Buradaki çalışmanın ikinci kısmını oluşturan, tabandan akışkan beslemek yoluyla kontrol edilen küt sonlu levhaya ait iz akışında Hibrid bir yöntem kullanılmaktadır. Burada, akım fonksiyonu ve çevri tanımı ile doğrudan sağlanan Poisson denklemi V20 = -w (3) Euler yaklaşımında, alanda belirli bir çevri dağılımı için hareketin kinematiğini vermektedir. çevri transport denklemi ise çevrinin difuzyonu ve Poisson denkleminin öngördüğü -ix-hızlar ile taşınımı için kullanılmaktadır.Boyutsuz hali ile yazılmış çevri transport denklemi £.- ve taşınımı tanımlayan £ = -(fl.V)» (7) iki denklem halinde ifade edilip, her zaman adımı için çözülmektedir.Çözüm yan sonsuz küt sonlu levhanın, Schwartz-Christoffel dönüşümü ile yarı sonsuz düzlemde yapılmaktadır. Bu düzlemde oluşturulan levha cidari boyunca şahit aralıklı ona dik doğrultuda değişken aralıklı bir kafes içinde yukarıda bahsedilen denklemler sonlu farklar yöntemi ile çözülmektedir.Poisson denkleminin çözümü CFD (Çabuk Fourier Dönüşümü ) yöntemi ile yapılmaktadır.Yöntemin Lagrange-Euler karışımı olan bir yöntem olması parçacıkların gene takibi esas alınmakla beraber, bu işlem için gerekli hızların Euler yöntemi ile bulunmamdan kaynaklanmaktadır. Sonuç olarak uniform bir akış alanı içinde bulunan dairesel bir silindire ait iz akışı, şuur tabaka ayrılma noktalarının ve ön durma noktasının, sürükleme ve taşıma kuvvetlerinin zaman içindeki değişimi gibi ayrıntılarla birlikte başarılı bir -x-şekilde hesaplanabilmektedir.Ayrık vortex yöntemi, sayılan bu değişkenlerde, iz akışının ikinci bir silindirle kontrolü halinde meydana gelen farklılıkları gözlemeye ve bu farklılıkların ne tür mekanizmalar sonucunda ortaya çıktığı konusunda fikir yürütmeye imkan sağlamaktadır. Tez çalışmasının ikinci kısmında çevrinin difuzyonunu da modellemeye imkan sağlayan Hibrid yöntem kullanılmaktadır. Bu yöntemle, küt sonlu yan-sonsuz bir levhaya ait iz akışının bu levhanın tabanından aynı cins akışkanın belirli oranlarda beslenmesi yolu ile kontrolü konusu ele alınmış tır. Daha önce başlıca Bearman [2] tarafından deneysel.Clements ve Maull [12] tarafından ise Lagrangesal ayrık vorteks yöntemi ile difuzyon etkisi göz önüne alınmadan sayısal olarak çalışılan bu probleme burada hibrid yöntemle ve difuzyon etkisi de gözönüne alınarak yaklaşımda bulunulmuştur. Tabandan akışkan besleme yolu ile vorteks oluşum uzaklığında meydana gelen önemli değişiklikler basan ile modellenmiştir. -xı-
Özet (Çeviri)
SUMMARY In the Faculty of Aeronautics & Astronautics application of the discrete vortex method to the area of wakes of bluff bodies has been subject to a continuous study with particular attention given to the interfering bluff-body-wakes (see grad uation thesis studies done by H. Topel, 1987 ; H. Ulusoy,1988 ; A.K. Dogan,1990,under supervision of M.F.Unal of Department of Aeronautics). As an original phase of these continuous efforts, the modification of wake forming from a circular cylinder and viscous wake from a semi-infinite flat plate are numerically studied. Discrete Vortex Method (DYM) forms the basis of the numerical method. Advantage of the DVM is that; when the vorticity is concentrated into sub-sections of flow (e.g. in boundary layers separated from a bluff body) rather than the whole field, it becomes practical to employe a Lagrangian approach such as the DVM. In doing this, continuous vorticity layers are represented with an array of discrete vortices, and their evolution is found using the Biot-Savart law of induction. However, in order to represent the flow field adequately, a large number of discrete vortices should be taken into consideration.This requirement exceeds the capability of the computers of the day.Consequently, a mixed Eulerian-Lagrangian scheme is used in most of the recent studies.The key to this grid dependent hybrid scheme is to by-pass the Biot-Savart law and use sequentially the Lagrangian frame to track the vortices and the tâufcrian frame to calculate the velocity field through the use of the Poisson's equation. Using both the Lagrangian and viscous-hybrid schemes, wakes from bluff bodies are succesfully simulated in this thesis.Particular attention has been given to the modifications of these wakes by both active and passive means. Active control is achieved by base-bleed and passive control by means of a nearby,interferrag cylinder. - v -
Benzer Tezler
- Küt cisimlerde sürüklenme kuvvetinin azaltılması için kilitlenmiş girdap oluşumlarının deneysel yöntemlerle araştırılması
Başlık çevirisi yok
ŞEREF ERKARA
Doktora
Türkçe
1997
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. ZEKİ ERİM
- Transition of wire-disturbed cylinder wake flow
Başlık çevirisi yok
İLHAN YILDIRIM
Doktora
İngilizce
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiTechnische Universiteit EindhovenPROF. DR. ANTON VAN STEENHOVEN
DR. CAMILO RINDT
- Taşıt aerodinamik özelliklerinin sayısal yöntemlerle incelenmesi
Investigation of vehicle aerodynamics by numerical methods
MARKOS ÇAĞAN
- Experimental investigation of bluff body wake modification by splitter plate
Ayırıcı levha ile küt cisim iz modifikasyonunun deneysel olarak incelenmesi
SALİHA BANU YÜCEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. N. L. OKŞAN ÇETİNER YILDIRIM
PROF. DR. M. FEVZİ ÜNAL