Flow and turbulence structure around inclined emergent isolated cylinder under steady conditions
Kararlı akım koşularında akıma batmamış tekil eğık silindir çevresinde akım ve türbülans yapısı
- Tez No: 389273
- Danışmanlar: DOÇ. ORAL YAĞCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
Boru etrafında oluşan akım, gerek inşaat gerekse de makina mühendisliğinin temel konularından biri olup, uygulama aşamasında anlaşılması gereken son derece önemli bir konu olarak karşımıza çıkar. Daha açık şekilde ifade etmek gerekirse, mühendislik alanında konu ile ilgili uygulamaların başarıya ulaşması, büyük ölçüde boru etrafında meydan gelen düzenli ikincil akımların son derece detaylı şekilde anlaşılmasını zorunlu kılar. Son otuz yılda konuyla ilgili gerçekleştirilen araştırmalar ve sayısal modeller sayesinde konu hakkında önemli bir bilgi birikimine ulaşılmıştır. Ancak bununla birlikte, yapılan çalışmalar problemin sözkonusu karmaşık yapısını belirli bir noktaya kadar aydınlatmış olmakla birlikte konu ile ilgili halen bazı noktalarda bilgi boşluğu bulunmaktadır. Bu çalışma kapsamında özellikle açık deniz platformlarında, açık deniz rüzgar türbinlerinde, kıyı korumada kullanılan dalga perdesi uygulamalarında, köprü ayaklarında, ve bazı durumlarda da çevresel hidrolik problemlerinde karşımıza çıkan“akıma maruz kalan eğik silindir etrafındaki akım”problemi ele alınmıştır. Konunun araştırılması için deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışma, İstanbul Teknik Üniversitesi, Hidrolik Laboratuvarı'nda yapılmıştır. 18 m uzunluğunda, 0.5 m genişliğinde ve 0.5 m derinliğinde bir açık akım kanalında yürütülen deneylerde farklı akım koşulları altında dik, 15, 30, 40 ve 50 derece eğime sahip tekil silindirler etrafındaki akım koşulları konumsal olarak yoğun hız ölçümleri ile araştırılmıştır. Buradan hareketle taban yakınında silindir membaında meydana gelen ayrılma kökenli atnalı çevrintileri ile yüzüye yakın kısımda ters basınç gradyanları neticesinde gelişen yüzeysel çevrintilerin etkileşimi Eularian yaklaşım ile yorumlanmıştır. Permanan bir akım koşulunda üç farklı debi (Q1 = 47 lt/s > Q2 =17 lt/s > Q3 =7 lt/s) ve beş değişik açıya sahip bir boru üzerinde yapılan bir çalışmada esnek uçlu bir ADV aracılığıyla ölçümler gerçekleştirilmiş ve problemin Laser Sheet ile Lagrangian olarak da araştırılması hedeflenmiştir. ADV kullanarak borunun belirli bir mesafesinde hem manba hem mansap kısımlarında üç boyutlu hız profilleri alınmıştır. Akım görselleştirme işlemleri yanlız borunun menba tarafında yapılmıştır. ADV ile alınan hız profilleri 100 Hz örnekleme sıklığı ile ölçülmüş olup ve örnekleme süresi 90 saniyedir.Daha önceki yapılmış çalışmalarda, deney sırasında kaynağı belli olmayan nedenlerle ADV ile kaydedilen üc boyutlu hız profilleri aykırı değerler gözlemlenmiştir. Bu çalışmada da verilerin önişlenmesi aşamasında bu aykırı değerler filtre edilmiştir. Analizin ilk aşamasında zamansal hız ortalamaları hesaplanmıştır. Sonraki aşamada hız verileri ortalama ve çalkantı bileşenleri olarak ikiye ayrılmış, ve bu neticeyle türbülans kinetik enerji ve zamansal ortalamalı kinetik enerji hesaplanmıştır. Bu şekilde yapı civarında oluşan ikincil akımların silindirin eğikliğine bağlı olarak nasıl değiştiği sonuçlar kısmında detaylı olarak tartışılmıştır. Analizlerden elde etmiş sonuçlara bağlı olarak genel bir bakışta silindirın arka tarafında meydana gelen ayrılma bölgesi Reynolds sayısının artmasıyla borudan uzaklaşarak ileriye taşınması görülmektedir. Eğik silindirin arkasında oluşan yapıyı daha iyi incelemek için üç farklı bölgeye ayrılmıştır, yüzeye yakın bölge, orta bölge ve tabana yakın bölge. Eğik silindir etkisiyle zamansal ortalama düşey hız artış göstermektedir. Dik silindir eğik silindirle karşılaştırdığı zaman daha fazla türbülans kinetik enerjisi üretir, akışkanar mekaniğin bir temel prensibi olarak daha hidrodinamik bir yapıya sahip olan cisim akıma maruz kaldığında daha az türbülans kinetik enerji üretmekte olmuş olur başka bir deyimle silindir akıma doğru eğildikçe akım daha hidrodinamik bir forma sahip cisim üzerinden geçiyor ve aynı zaman da akımın boru üzerinde kattetiği mesafe artmasıyla beraber silindir etrafında ayrılma noktasının ileriye taşınmasına sebep olur ve bunların neticesi olarak eğik silindirin daha az türbülans kinetik enerjiye neden olmasıdır.
Özet (Çeviri)
Due to increase of world population and level of public welfare, an increment need to natural resources and their access methods are observed. Performed tests are indirect endeavors to achieve this purpose. The developed model can be assumed as bridge piers and legs of offshore platforms and offshore wind turbines. The aim of these experiments is to detect the influence of the cylindrical structure with a smooth surface, on separation distance, boundary layer and wake region over the circular cylinder, turbulence and vortex components and their changing manner.All the experiments were conducted in the open channel flow with the size of 18m length, 0.5m width and 0.5m depth. At this case of study four inclined cylinders and upstanding case were studied. Each case contained three discharges (Q1 = 47 lt/s > Q2 =17 lt/s > Q3 =7 lt/s) and the Reynolds number are in the subcritical regime (300< Re< 3×105). Both of Eulerian approach and Lagrangian approach as measuring the flow velocities by one ADV flow velocities were measured and flow visualization were observed by laser sheet The experimental data were analyzed after despiking. Velocity components, turbulence intensities, turbulence kinetic energy and mean kinetic energy were calculated as a non-dimensional parameter. Time average and Reynolds decomposition methods used for derived of three dimensional instantaneous velocity value as mean velocity and fluctuation part of flow velocity. The data are made dimensionless, using the approach undisturbed velocity, Vun, local flow depth, z0, and diameter of cylinder, D. By the results of experimental findings the following facts revealed By the effect of higher Reynolds number the core of separation distance of downstream extended. The magnitude of vertical time-average velocity increased due to the increase of inclination angle. The highest turbulent kinetic energy regions were observed for the vertical cases and by the effect of inclination the turbulent kinetic energy decreases In fact the lower turbulent kinetic energy at the inclination case of cylinder related to more hydrodynamic form as much as vertical case and increasing of submerged volume of cylinder. As result of flow visualization, the highest separation distance at the upstream of cylinder was observed at lowest Reynolds number of vertical case. This means separation was delayed as the influence of higher Reynolds number and separation distance decreased due to increase of inclination.
Benzer Tezler
- Farklı çatı ve saçak eğimlerine sahip beşik çatılı binalar üzerindeki akış alanlarının sayısal incelenmesi
Numerical investigation of flow fields on buildings with gable roof having different roof and eave slopes
YUNUS KOPUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YÜCEL ÖZMEN
- Çeşitli şekillerde düzenlenmiş iki silindir etrafındaki akım alanının incelenmesi
Investigation of the flow araund two circular cylinders in various arrangements
M.NEVZAT ÖZKAN
- Sayısal yöntemler kullanarak sualtı araçlarının hidro ve vibroakustiğinin çözümü ve dijital sonar tasarımı
Hydro and vibroacoustical solution of underwater vehicles using numerical methods and digital sonar design
EMRE GÜNGÖR
Doktora
Türkçe
2018
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLYAS BEDİİ ÖZDEMİR
- Küt cisimler aerodinamiği ve vorteks-shedding olayının deneysel incelemesi
The Experimental study of the bluff body aerodynamics and vortex-shedding behaviour
MUSTAFA SARIOĞLU
Doktora
Türkçe
1997
Makine MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. TAHİR YAVUZ
- Computational fluid dynamics simulations of ship airwake with a hovering helicopter rotor
Gemi iz bölgesinde askıda duran helikopter rotor hesaplamalı akışkanlar dinamiği simulasyonları
EZGİ ORBAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZ UZOL
YRD. DOÇ. DR. NİLAY SEZER UZOL