Numerical investigation of inverse magnus effect on a circular cylinder by controlling azimuthal circulation distribution
Ters magnus etkisinin çevresel sirkülasyon dağılımı kontrolü ile dairesel silindir üzerinde sayısal olarak incelenmesi
- Tez No: 672717
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SERCAN ACARER, DOÇ. DR. BENI CUKUREL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Magnus etkisi, belirli koşullarda ortaya çıkan fiziksel bir olgudur. Bu fenomeni gözlemlemek için, bir akış ortamına daldırılmış dönen bir gövdeye (genellikle küre veya silindir) sahip olmak gerekir. Geri çekilme tarafındaki akış (gövdenin akışla aynı yönde hareket eden tarafı) dönüş yönünde yön değiştirir ve ters yönde etki eden bir tepki kuvveti (diğer bir deyişle kaldırma kuvveti) oluşturur. Ters Magnus etkisinde ise kuvvet tam zıt yönde oluşmaktadır. Kritik Reynolds sayısı ve dönme oranı aralıklarında, geri çekilen taraftaki akış laminer olma eğilimindedir ve bu da erken akış ayrılmasına neden olur. Öte yandan, ilerleyen taraftaki (gövdenin akışla ters yönde hareket eden tarafı) akış, türbülanslı olma eğilimindedir ve bu durum akış ayılmasını geciktirir. Sonuç olarak, akış daha baskın olarak ilerleyen tarafta dönme yönüne karşı yönlendirilir. Bu fiziksel tepkiler genellikle kanat profillerinde sirkülasyon kontrolü için kullanılmaktadır. Bu çalışmada, yerel hareketli yüzeyler yardımıyla, çevresel sirkülasyon dağılımının kontrolü ile bir silindir üzerindeki akış sayısal olarak incelenmiştir. Amaç, hareketli yüzeylerin konfigürasyonunun etkisini gözlemleyerek normal ve ters Magnus kuvvetlerine ulaşmaktır. Bu amaçla, k-kl-ω türbülans modeli kullanılarak iki boyutlu bir sayısal model oluşturulmuştur. Akış ayrılması ve türbülansa geçiş konumlarını belirlemek için iki farklı yöntem geliştirilmiştir. Bu vi kriterler kullanılarak akış ayrılması, türbülansa geçiş ve Magnus fenomeni arasındaki ilişki vurgulanmıştır. Ek olarak, belirtilen koşullarda maksimum ters Magnus kuvvetini elde etmek için hareketli yüzeylerin konumları üzerinden bir optimizasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, gradyen bazlı optimizasyonun ardından, tamamen ve kısmen dönen silindirler arasında karşılaştırma yapıldığında kaldırma ve sürüklenme katsayılarının oranında (𝐶𝐿/𝐶𝐷) %466'lık bir artış elde edildi. Sonuç olarak, mevcut çalışmanın çıktısının konunun daha iyi anlaşılmasını sağlaması beklenmektedir. Bu bağlamda, kanat profilleri, Flettner gemilerinin rotorları, hava araçları ve hatta bazı kritik yapılar gibi akışa maruz kalan gövdelere etki eden kaldırma ve sürükleme kuvvetlerini manipüle etmek için ters Magnus etkisinin kullanımını teşvik etmeyi amaçlamaktadır. Ek olarak, akış ayrılması ve (daha az ölçüde) türbülansa geçiş kriterleri için oluşturulan metodolojilerin, herhangi bir duvarın akışın tersine hareket ettiği dönen silindirlerde veya akışlarda oldukça kritik ve zorlu olduğu gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Magnus effect is a phenomenon that occurs in specific conditions. In order to observe this phenomenon, it is needed to have a spinning body (usually sphere or cylinder) immersed in a flow medium. Flow on the retreating side (the side of the body moving with flow) is guided towards the rotational direction and creates a reaction force (aka lift) acting on the opposite direction. Contrarily, the direction of the force is just the opposite in the inverse Magnus effect. At critical Reynolds number and the spin ratio, flow on the retreating side tends to be laminar, which causes early separation. On the other hand, flow on the advancing side (the side of the body moving with flow) tends to be turbulent, delaying a separation. As a result, the flow is guided against the rotational direction in the advancing side more dominantly. These physical responses are generally used for circulation control in airfoils. In this study, flow over a cylinder is numerically investigated with the control of azimuthal circulation distribution by local moving surfaces. The aim is to reach the ordinary and inverse Magnus forces, observing the influence of the configuration of rotating surfaces. To achieve this, a two-dimensional numerical model was generated with k-kl-ω turbulence model. Two novel methods were developed for determining separation and transition locations. Employing these criteria, the relationship between the separation, the transition, and iv the Magnus phenomenon were emphasized. Moreover, an optimization study was carried out to determine the locations of actuators for the maximal inverse Magnus force. As a result, 466% lift-to-drag coefficient (𝐶𝐿/𝐶𝐷) increment was obtained after the gradient based optimization when the comparison is performed between fully and partially rotating cylinders. As a conclusion, the output of the current study is expected to enable a better understanding on the topic. Thus, it is aims to promote the use of the inverse Magnus effect for manipulating lift and drag forces acting on bodies exposed to flow, such as (but not limited to) airfoils, rotors of Flettner ships, crafts and possibly even some critical buildings. Additionally, the methodology of separation and (to a lesser extent) transition criteria is critical and compelling for the rotating cylinders or flows where any wall is moving opposite to the flow.
Benzer Tezler
- Theoretical and numerical investigation of inverse problems of finding the lowest term in 1D and 2D heat equations
Bir ve iki boyutlu ısı denklemi için en küçük terimi bulma ters problemlerinin teorik ve nümerik incelenmesi
SAİT ERKOVAN
Doktora
İngilizce
2019
MatematikGebze Teknik ÜniversitesiMatematik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MANSUR İSGENDEROĞLU
- Experimental and numerical investigation of material characterization and flow monitoring in liquid composite molding processes
Sıvı kompozit kalıplama yöntemlerinde akışın ve malzeme özelliklerinin deneysel ve sayısal incelenmesi
BARIŞ ÇAĞLAR
Doktora
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERCÜMENT MURAT SÖZER
- Numerical investigation of double layer microchannel heatsinks and performance assessment based on Taguchi method
Çift katmanlı mikrokanallı ısı alıcılarının sayısal olarak incelenmesi ve Taguchi yöntemiyle performansının değerlendirilmesi
MUSTAFA DEMİRSÖZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI
DOÇ. DR. GAMZE GEDİZ İLİŞ
- Su dağıtım şebekelerinde sızma debisi parametrelerinin sayısal model ile incelenmesi
Numerical investigation of the leakage flow rate parameters in water distribution networks
ÖMER EKMEKCİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ÖZGER
- Denge-dışı Green fonksiyonu yöntemi kullanılarak çift-bariyer yapısında elektronik taşınımın incelenmesi
Investigation of electronic transport in double-barrier structure using non-equilibrium Green function method
MEHMET BATI
Doktora
Türkçe
2016
Fizik ve Fizik MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL SÖKMEN