Numerical calculation of rough turbulent boundary layer for incompressible fluids
Türbülanslı sınır tabakanın sıkıştırılamaz akışkanlar için sayısal olarak hesaplanması
- Tez No: 527950
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR BAYER, PROF. DR. CAHİT ÇIRAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Bu tezde, türbülanslı sınır tabakaya ait çoklukları hesaplayan sayısal bir kod geliştirilmiştir. İki boyutlu türbülanslı akım, üzerinde basınç değişimi olmayan pürüzlü düz plakalar için, integral metotu kullanılarak çözülmüştür. Momentum integral denklemi gibi akışkanlar mekaniği formülleri, Nikuradse'nin deneysel sonuçları ile birleştirilmiştir. Hesaplama boyunca, türbülanslı sınır tabakaya ait; sınır tabaka kalınlığı, yer değiştirme kalınlığı, momentum kalınlığı, yerel yüzey-sürtünme katsayısı ve benzeri çokluklar elde edilmiştir. Türbülanslı sınır tabakasının (TST) gelişimi gerçekleştirilen çalışmada dikkate alınmıştır. TST çokluklarının doğrulukla hesaplanması açısından bu değerlendirme yaklaşımı oldukça önemlidir. Çünkü, akım koşulları tam pürüzlü akımdan hidrolikli pürüzsüz akıma değişebilir, ve bu durum sürükleme kuvvetinin oldukça azalmasına neden olabilir. Hassas bir TST çözümü için, hesaplama yöntemi TST'ye ait alt sınır tabaka kalınlıklarının ve yüzey pürüzlülüğü yüksekliğinin birbirlerine göre olan göreceli büyüklüklerini her hesaplama adımında göz önünde bulundurmaktadır. Buna ilaveten, TST çokluklarından bir tanesi olan profil parametresi, TST'ye ait parametrelerin hesaplanmasında oldukça önem taşımaktadır. Profil parametresi aynı zamanda TST kalınlığının, yüzey-sürtünme katsayısının ve yüzey pürüzlülüğünün bir fonksiyonudur. Profil parametresi, çalışma süresince geliştirilen bir yöntem ile hesaplama ağının her çözüm noktasında elde edilmiş ve ilgili denklemlerin içerisine yerleştirilmiştir. Geliştirilen kod; deneysel veriler, literatürdeki sayısal bir çalışma ve Schlichting'in yüzey-sürtünmesi formülasyonu ile test edilmiştir. Literatürden elde edilmiş deneysel çalışmalarda, akım koşulları genelde detaylı olarak verilmemiştir. Bundan dolayı, akım koşullarının detaylı olarak sunulduğu deneysel çalışmalar ile gerçekleştirilen karşılaştırmalar daha güvenilirdir. Geliştirilen kod, çalışma limitleri içerisinde oldukça tatmin edici sonuçlar vermiştir. Tam-pürüzlü akım bölgesinde yüzey pürüzlülük katsayısındaki ortalama bağıl hata gerçekleştirilen çalışma için %0.6 iken, bu değer literatürdeki sayısal çalışma için %2.1'dir. Geçiş akım bölgesi için ise, yüzey pürüzlülük katsayısındaki ortalama bağıl hata gerçekleştirilen çalışma için %1.9 olarak hesaplanırken, literatürdeki sayısal çalışma için %8.0 olarak bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a numerical code for calculating turbulent boundary layer parameters is developed. Two-dimensional turbulent flow over a rough flat plate with zero pressure gradient is numerically solved by using the integral method. Fluid mechanics formulations, such as momentum integral equation are coupled with the results of Nikuradse's experiment. Throughout the calculation, turbulent boundary layer parameters, such as boundary layer thickness, displacement thickness, momentum thickness, local skin-friction coefficient etc. are obtained. Development of turbulent boundary layer (TBL) is taken into consideration in the present study. This notion is quite important in terms of accuracy of the calculation of TBL parameters. Because, flow conditions may change from fully-rough flow to hydraulically smooth flow, and this may reduce the drag force severely. For a precise TBL solution, the calculation method considers the relative size of the TBL sublayers thicknesses and the surface roughness height with respect to each other at every computation step along the developing TBL. Furthermore, one of the parameters of TBL is the wake parameter and has a vital importance in the calculations. It is at the same time a function of TBL thickness, local skin-friction coefficient and surface roughness. By using a method developed during this study, wake parameter is computed and embedded into the relevant equations at every solution-point on the calculation domain. The developed code is tested against experimental data, a numerical study in the literature and Schlichting skin-friction formula. Generally, the full flow conditions are not detailed in the experimental cases found in the literature. Hence, the comparisons are reliable much more on the cases for which full details were available. The developed code shows very good agreement within its range. For the fully-rough flow regime, the present study's relative mean discretization error in C_f is 0.6% whereas it is 2.1% for the numerical study in the literature. For the transition flow regime, the relative mean discretization error in C_f is found to be 1.9% in the present work and it is 8.0% for the numerical study in the literature.
Benzer Tezler
- Çeşitli deniz boyalarında yüzey pürüzlülüğünün gemi direncine etkilerinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the effect of surface roughness on ship resistance due to marine paints
UTKU CEM KARABULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ BARLAS
DR. ÖĞR. ÜYESİ YAVUZ HAKAN ÖZDEMİR
- Rüzgar kırıcı elemanlarda boşluk oranının hız dağılımı üzerindeki etkilerinin incelenmesi -Deneysel yollarla-
Başlık çevirisi yok
ERDEMER SAYYAN
- Eksenel fanlarda rotor-stator etkileşim yüzeyi modellerinin ve kanat profillerine kaydırma uygulamasının performansa etkileri
The influence of rotor-stator frame change models and applying sweep method to blade profiles on axial fan performance
ERİM TAYLAN ÇAKIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU
- Jet motorlarında kullanılan yakıt enjektörlerinin çok fazlı akış karakteristiklerinin incelenmesi
Investigation of multiphase flow characteristics of jet engine fuel nozzles
MUSTAFA BAL
Doktora
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAKUP ERHAN BÖKE
DOÇ. DR. ÖZGÜR ERTUNÇ
- C-130 kargo uçağı için yangın söndürme modülü ön tasarım çalışması
Başlık çevirisi yok
İSMAİL KILINÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. CEVDET AYGÜN