A study of turbulence characteristics of some turbulent flows using experimental data with application of quantic behavior of turbulence
Türbülansın kuantik davranışı yaklaşımıyla deneysel veriler üzerinden bazı türbülanslı akımların özelliklerine ilişkin bir çalışma
- Tez No: 720820
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA PERÇİN, PROF. DR. CAHİT ÇIRAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Türbülans olgusu havacılık ve uzay biliminde önemli bir yer tutmaktadır ve hala bu olgunun aydınlatılmamış yönleri bulunmaktadır. Türbülansın fiziksel mekanizmasını anlamak için onu çevrinitiler bağlamında ele almak kritik bir husustur. Bir süre boyunca birlikte hareket eden ve belirli bir kimliği koruyan akışkan parçacıkları toplulukları 'çevrinti' diye adlandırılmaktadır ve çevrintiler türbülansın yapıtaşlarını teşkil ederler. Çevrintilerin yaşam süreleri boyunca olan hareketleri saçılımlı dalga hareketi olarak tanımlanabilir. Bunun için frekansın ve dalgaboyunun iletim hızı aracılığı ile ilişkili olduğu bir saçılım ilişkisi gerkelidir. Literatürde en sık kullanılan saçılım ilişkisi , G.I Taylor tarafından kendi Donuk Türbülans hipotezi kapsamında geliştirilmiş olan ilişkidir. Fakat bu ilişki çeşitli kısıtlamalara sahiptir. Öyle ki, bu ilişki spekturumun sadece evrensel denge bölgesini yeterli derecede temsil etmektedir. Bir diğer kısıtlama ise akışın uniform ve türbülans yoğunluğunun düşük olmasının gerkeliliğidir. Bu tez çalışmasının üzerine kurulduğu Türbülansın Kuantik Davranışı (TKD) yaklaşımı ise, Taylor' un saçılım ilişkisine alternatif bir saçılım ilişkisi önerir. Çıray\cite{Ciray_1980} tarafından geliştirilen, bu yaklaşım, türbülans fiziğini daha doğru temsil etmeyi ve bunu yukarıda bahsedilen kısıtlamalar olmadan daha evrensel bir kapsamda yapmayı amaçlar. Ayrıca bu yaklaşım türbülansın hem dalga hem de parçacık karakterine sahip olduğunu iddia etmektedir ve bu yüzden de türbülansın davranışı kuantik' olarak adlandırılmıştır. TKD nın tanımladığı yeni saçılım ilişkisi, dalga sayısı ve frekans arasında grup hızı aracılığıyla bir ilişki kurar. Buradaki grup hızı aynı zamanda anlık hızın salınan bileşenidir. Bu tez çalışmasının amacı, geliştirilen MATLAB kodunu kullanarak farklı deneysel verilere TKD'nin matematiksel yöntemini uygulamak ve türbülans fiziğini göz önünde bulundurarak sonuçları analiz etmektir. Bahsedilen kod TKD yaklaşımının matematiksel yöntemini kullanarak deneysel verilerden frekansa bağlı enerji spektrumları oluşturur ve bu bilgilerden yola çıkarak frekanslara karşılık gelen dalga sayılarını elde eder. Bu çalışmada iki farklı türbülant akış rejimine ait deneysel veriler incelenmiştir. İki veri için de, dalga saysına bağlı spektrum elde edilmiş ve karşılaştırmalar, elde edilen spektrumun literatür ile uyum sağladığını göstermiştir. Ayrıca dalgaboyu olarak elde edilen çevrinti boyutları da akışın gerçekleştiği fiziksel ortamın boyutları göz önüne alındığında oldukça anlamlıdır. Bu sonuçlar göz önünde bulundurularak bu tez çalışmasındaki TKD ve onun uygulamalarının türbülansın fiziksel mekanizmasını anlamakta oldukça faydalı olabileceği sonucunu çıkarmak mümkündür.
Özet (Çeviri)
Turbulence is an important phenomenon in aerospace sciences, but it still has aspects that are not fully illuminated. In order to understand the physical mechanisms of turbulence, it is crucial to consider it in terms of eddies. Eddies are the groups of fluid particles that move together and preserve a certain identity for a while, and they constitute the building blocks of turbulence. The motion of eddies in the course of their life span can be expressed as dispersive wave motion. This requires a dispersion relation, that is the frequency and the wavelength must be related by a quantity having the dimensions of velocity. The dispersion relation that is commonly used in literature is suggested by G.I Taylor based on his Frozen Turbulence hypothesis. However, it has certain limitations such that it represents only the universal equilibrium region of the spectrum to acceptable accuracy. Also, turbulence intensity must be low. Quantic Behavior of Turbulence (QBT), is suggested by Çıray\cite{Ciray_1980} as an alternative and it aims to represent the physics of turbulence more accurately and in a more universal manner without the aforementioned restrictions. Moreover, it asserts that turbulence has both particle and wave-like character, which is why it is called quantic. QBT introduces a new dispersion relation that relates wavenumber with frequency by means of group velocity, which is, at the same time fluctuating component of the instantaneous velocity. This thesis is based on QBT approach of Çıray. The aim of the study is to apply the mathematical consequences of QBT to different experimental data by utilizing a MATLAB code developed for this purpose and to analyze the results considering the physics of turbulence. Using the mathematical procedure of QBT, the code produces energy spectra on frequency out of the experimental data, and using that information obtains wavenumbers that correspond to the frequencies. In this study, two different turbulent flow data are examined. For both of them, spectra on wavenumber is obtained and comparison shows that they are compatible with the studies in the literature. Also, eddie sizes, which are obtained as wavelengths, are quite meaningful when the physical domains are considered. Thus, it is concluded that the QBT and its application in this thesis study can be very helpful to understand the physical mechanism of turbulence.
Benzer Tezler
- Bir benzinli motorun türbülanslı akış alanlarının incelenmesi
The Investigation of the turblent flow fields in the motored S.1. engine
AHMET ERDİL
Doktora
Türkçe
1997
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ BORAT
- Jenerik denizaltı geometrisinin katsayı tabanlı manevrakarakteristiklerinin had ve analitik çözüm yöntemleri ile analizi
Analysis of coefficient-based maneuvering characteristics of generic submarine geometry by CFD and analytical solution method
OĞUZHAN KIRIKBAŞ
Doktora
Türkçe
2024
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAKİR BAL
- 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
- Vorteks borusundaki türbülanslı dönmeli akışın çok pozisyonlu sıcak tel yöntemi ile incelenmesi
The study of turbulent swirling flows in vortex tubes by multiposition hot-wire technique
MEHMET KAYA
Doktora
Türkçe
2005
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. MEHMET YILMAZ
- Eşikler üzerindeki akım özellikleri ve katı tane hareketi
Flow characteristics and sediment transport over the dunes
ALİ ANIL