Boundary layer transition over rotating disks
Dönen diskler üzerinde sınır tabaka geçişi
- Tez No: 784097
- Danışmanlar: PROF. DR. PETER THOMAS
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: University of Warwick
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 186
Özet
Bu tez, yüzey pürüzlülüğünün ve akış alanının (sınırlama) geometrisinin, dönen diskler üzerindeki sınır tabakası geçişi üzerindeki etkilerini araştıran birleşik bir sayısal ve deneysel çalışmanın sonuçlarını özetlemektedir. Sayısal olarak, bir rotor-stator akış konfigürasyonunda üç boyutlu bir kapalı kavite akışı simüle edilmiştir. Rotor diskinin yüzey pürüzlülüğünün neden olduğu etkiler ve akış alanını çevreleyen stator geometrisinin neden olduğu etkiler incelenmiştir. Dönen disk üzerindeki sınır tabaka akışının kararlı durum hız profilleri elde edilmiş, doğrusal kararlılık analizine tabi tutulmuş ve literatürdeki ilgili verilerle karşılaştırılmıştır. Deneysel olarak, dönen diskler üzerindeki akış, pürüzsüz disk yüzeyleri ve dağıtılmış pürüzlülüğü temsil eden eşmerkezli oluklara sahip diskler için incelenmiştir. Diskler, su dolu bir tankın içine daldırılarak monte edilmiştir. Tankı çevreleyen çevre duvarı ve sıvı yüzeyi nedeniyle bu düzenleme, klasik rotor-stator akış konfigürasyonuna benzemektedir. Sınır tabakası akışının ve onun laminerden türbülansa geçiş mekanizmasının kapsamlı ölçümleri, bir sıcak film anemometresi vasıtasıyla yapılmıştır. Hesaplama sonuçları, araştırılan rotor-stator akışı için pürüzlülük kaynaklı etkilerin, hem doğası hem de büyüklüğü bakımından geometri kaynaklı etkilere çok benzer olduğunu göstermektedir. Bu, akış alanının kısıtlandığı deneylerde her iki etki arasında ayrım yapmanın zor olabileceğini düşündürmektedir. Bununla birlikte, aynı deney düzeneğini kullanan önceki sıcak film ölçümleriyle karşılaştırıldığında, mevcut çalışmanın verileri yeni bir kalibrasyon tekniğinin getirilmesiyle önemli ölçüde iyileştirilmiştir. Burada tartışılan yeni deneysel veriler, pürüzlülük seviyesindeki bir artışın durağan girdapların sayısını azaltabileceğini ve ayrıca Tip-I (çapraz akış) kararsızlık modunu stabilize edebileceğini doğrulayarak, araştırma grubumuzun son teorik sonuçlarını doğrulamaktadır. Bununla birlikte, pürüzlülüğün neden olduğu ve geometrinin neden olduğu etkilerin teorik olarak tahmin edilen büyüklüğü ile karşılaştırıldığında deneysel verilerin ayrıntılı analizi, gelecekteki çalışmaların yeni bir hava tabanlı döner disk aparatının mevcudiyetinden büyük ölçüde fayda sağlayacağını ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis summarizes results of a combined numerical and experimental study investigating the effects of surface roughness, and of the geometry of the flow domain (confinement), on the boundary-layer transition over rotating disks. Numerically, a three-dimensional enclosed cavity flow in a rotor-stator flow configuration is simulated. The effects induced by surface roughness of the rotor disk and the effects induced by the stator geometry enclosing the flow domain are investigated. The steady-state velocity profiles of the boundary-layer flow on the rotating disk are obtained, subjected to a linear stability analysis and compared to relevant data from the literature. Experimentally, the flow over rotating disks is studied for smooth disk surfaces and for disks with concentric grooves representing distributed roughness. The disks are mounted submerged inside a water-filled tank. Due to the surrounding perimeter wall of the tank and the liquid surface this arrangement resembles the classic rotor-stator flow configuration. Comprehensive measurements of the boundary-layer flow and its laminar-turbulent transition were performed by means of an hot-film anemometer. The computational results suggest that, for the rotor-stator flow investigated, the roughness-induced effects are very similar to the geometry-induced effects, both in nature and magnitude. This suggests that it may be difficult to distinguish between both effects in experiments where the flow domain is restricted. Nevertheless, in comparison to previous hot-film measurements employing the same experimental facility, the data of the current study have been significantly improved by means of introducing a new calibration technique. The new experimental data discussed here confirm recent theoretical results of our research group in that they corroborate that an increase in the roughness level can reduce the number of stationary vortices and also stabilize the Type-I (cross-flow) instability mode. However, the detailed analysis of the experimental data, in comparison to the theoretically predicted magnitude of the roughness-induced and the geometry-induced effects, reveal that future studies would greatly benefit from the availability of a new air-based rotating-disk apparatus.
Benzer Tezler
- Numerical and experimental investigation of boundary layer transition with active and passive flow control methods
Sınır tabaka geçişinin aktif ve pasif akış kontrol yöntemleriyle sayısal ve deneysel incelenmesi
ABDUSSAMET SUBAŞI
Doktora
İngilizce
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN GÜNEŞ
- Investigation of transition flow over S809 airfoil using infrared thermography and numerical methods
S809 kanat kesiti üzerindeki geçiş akışının kızılötesi termografi ve sayısal yöntemlerle incelenmesi
NECLA ECENAZ AYKUT
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Havacılık ve Uzay MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT KÖKSAL
- A Finite volume method for compressible viscous flows
Sıkışabilir viskoz akışlar için sonlu hacim yöntemi
H.TUĞRUL TINAZTEPE
Doktora
İngilizce
1997
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET Ş. ÜÇER
- Boundary layer development upon swept plate with streamwise pressure gradient
Yanal açılı plakalarda basınç gradienti altında sınır tabaka gelişimi
FATMA USKANER KARABAŞ
Doktora
İngilizce
1997
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER T. GÖKSEL
- Uçak kanatlarında hava akışının integral sınır tabaka yöntemiyle modellenmesi
Computation of air-flow over airfoil by integral boundary layer theory
MEHMET CANATA
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM ATILGAN