FBE- Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları Mühendisliği Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, yüksek lisans ve doktora düzeyinde eğitim vermektedir.
Gözat
Konu "Aeroacoustic" ile FBE- Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeKanat Profilleri İzler Kenarına Çentik Uygulamasının Akış Gürültüsüne Olan Etkisinin Hesaplamalı Olarak İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016-08-24) Aydın, Çağrı ; Ünal, Uğur Oral ; 10122954 ; Gemi İnşaatı ve Gemi Makinaları Mühendisliği ; Naval Architecture and Marine EngineeringGürültü, günümüzde yapılan mühendislik uygulamalarında önemli bir yere sahiptir. Özellikle savunma sanayiinde kullanılan araçların tanınabilirlik açısından düşük gürültü seviyelerine sahip olması bir gereklilik haline gelmiştir. Son yıllarda akış kaynaklı gürültü ve titreşim konularında yapılan çalışmalar bir hayli artmıştır. Fakat özellikle akış kaynaklı gürültü tahmini çalışmalarında kullanılan denklemlerin lineer olmayan davranışları yapılan hesaplamaları zorlaştırmakta, hesaplama gücü kaynaklarına olan gereksinimi artırmaktadır. Aeroakustik, akış tarafından ortaya çıkan gürültüyü inceleyen bilim dalıdır. Akış kaynaklı gürültü ile ilgili yapılan ilk çalışmalar Strouhal tarafından silindir etrafında akışkanın etkisi ile oluşan tonların incelenmesi ile başlamıştır. Hesaplamalı aeroakustik alanındaki ilk çalışmalar ise Lightill tarafından gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada izler kenara uygulanan çentiklerin akış kaynaklı gürültüyü ne şekilde etkilediğini inceleme amaçlı çalışmalara yer verilmiştir. NACA 0012 kanat profili etrafında oluşan akış kaynaklı gürültü sayısal yöntemler ile hesaplanmış, profilin izler kenarına eklenen çentik geometrilerinin bu gürültüyü ne şekilde etkilediği incelenmiştir. Profil üzerindeki basınç değişimleri Navier-Stokes denklemlerinin hesaplamalı olarak çözülmesi ile elde edilmiş, denklemleri ayrıklaştırma yöntemi olarak Sonlu Hacimler Yöntemi (Finite Volume Method) kullanılmıştır. Aynı zamanda, analizlerin gerçekleştirildiği sonlu hacim metodundan, hız basınç ayrıklaştırılmasının yapıldığı SIMPLE yöntemi ve türbülans modeli olarak seçilen SST k-ω modelinden detaylı olarak bahsedilmiştir. Akustik hesaplamalar ise Ffowcs Williams ve Hawkings (FW-H) denklemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmada ilk olarak kullanılan HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) yönteminin geçerliliği incelenmiştir. Bu sebeple NASA tarafından NACA 0012 profili üzerine gerçekleştirilen deneylere başvurulmuştur. 6x106 Reynolds sayısı ve 0.15 Mach sayısında gerçekleştirilen deneylerin verileri, HAD yöntemi ile gerçekleştirilen analizlerin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. 0, 10 ve 15 derece hücum açılarında gerçekleştirilen analizlerin sonuçları incelendiğinde kaldırma kuvveti katsayılarında maksimum %5.4 hata ile deney sonuçlarına uyum sağlandığı gözlemlenmiştir. Ayrıca belirtilen hücum açılarında basınç katsayılarının da karşılaştırması gerçekleştirilmiş ve bu katsayıların da deney sonuçları ile neredeyse tamamen uyduğu görülmüştür. Daha sonra alınan sonuçların ağ yapısından bağımsızlığının sağlanabilmesi için farklı hücre sayılarında üç adet model hazırlanmış ve kaldırma kuvveti katsayısındaki değişimin azalma derecesi ihmal edilebilir seviyelere geldiği ağ yapısı analizlerde kullanılmak üzere seçilmiştir. Çalışmalarda profil üzerinde oluşan sınır tabakanın daha iyi çözümlenebilmesi için boyutsuz y+ değeri 1 olarak alınmıştır. HAD yönteminin geçerliliği sağlandıktan sonra HAA (Hesaplamalı Aeroakustik) yönteminin geçerliliğinin incelenmesine geçilmiştir. Bu bölümde de NASA tarafından NACA 0012 profili üzerine gerçekleştirdiği akustik deneylere başvurulmuştur. 7.3 derece hücum açısı, 0.208 Mach sayısı ve 1.13x106 Reynolds sayısında yapılan deney için aynı şartlarda hazırlanan hesaplamalı analiz gerçekleştirilmiş, gürültünün frekans spektrumunda tepe noktasına geldiği frekans 13 Hz fark ile, SPL (Sound Pressure Level) değeri ise 7 dB fark ile hesaplanmış ve yöntemin geçerliliği sağlanmıştır. Ayrıca hesaplamalarda kullanılan URANS (Unsteady Reynonds Averaged Navier Stokes) yönteminin LES (Large Eddy Simulation) yönteminden farkını ortaya koymak adına LES ile bir analiz gerçekleştirilmiş ve sonucunda bu yöntemin yüksek frekanslardaki salınımları daha başarılı hesaplayabildiği fakat gürültünün tepe noktasının frekansını yakalamakta başarısız olduğu gözlemlenmiştir. Akustik yöntemin geçerliliği sağlandıktan sonra çentik uygulamalarına geçilmiştir. Çalışmada kullanılan çentik geometrileri çentikler arası mesafe (λ), çentik yüksekliği (h) ve λ/h oranı olarak üç parametreye bağlanmış ve 7 farklı çentik geometrisi oluşturulmuştur. Analizler sonrasında alınan sonuçlar incelendiğinde λ ve h parametrelerinin tepe SPL (Sound Pressure Level) ve OASPL (Overall Sound Pressure Level) değerlerine etkisinde düzenli bir trend olmadığı fakat λ/h oranının bu değerleri belirli bir trendde etkilediği gözlemlenmiştir. Fakat bu duruma uymayan istisna vakaların da görüldüğü belirtilmelidir. λ/h oranı 2.56 olan S7 vakasının gürültü seviyesi profil etrafına yerleştirilen M1, M2 ve M3 mikrofonlarında çentik içermeyen referans profile göre daha düşük hesaplanmış ve OASPL ve tepe SPL değerlerinin ortalama 4 dB düştüğü gözlemlenmiştir. Bu durum M4 ve M5 mikrofonlarında geçerli olmamış, bu durumun sebebi de söz konusu mikrofonların profilin iz bölgesinde bulunmasından dolayı ortaya çıkan salınımların kararlı olamamasından kaynaklandığı kanısına varılmıştır. Mikrofonların frekans spektrumları incelendiğinde tepe SPL ve OASPL değerleri arasında uyum olduğu, bu durumun sebebinin de tepe SPL değerinin frekans spektrumunu domine etmesi olduğu sonucuna varılmıştır. Frekans spektrumları detaylı olarak incelendiğinde 1300 Hz civarında ortaya çıkan tepe SPL değerinin yanı sıra 2700 Hz civarında ikincil ve daha sönük bir tepeye rastlanmıştır. Yaklaşık 40 dB gürültü seviyesine sahip bu ikincil tepe λ/h = 2.56 olan S7 vakasında sönümlenerek yok olduğu gözlemlenmiştir. Gürültü seviyelerindeki değişimlerin etkisinin daha iyi anlaşılabilmesi amacı ile vakaların TLS (Turbulence Length Scale) ve girdaplılık dağılımları da incelenmiştir. Ortaya çıkan λ/h trendinde istisna olarak görülen, λ/h değerleri aynı ve 1.28 olan S2 ve S4 vakaları arasındaki 6 dB’lik farkın sebebinin, gürültü seviyesi yüksek olan S2 vakasındaki TLS değerlerinin S4 vakasına göre daha yüksek olmasından kaynaklandığı anlaşılmıştır. Aynı zamanda λ/h = 0.32 ve 2.56 olan S6 ve S7 vakalarının girdaplılık dağılımları incelendiğinde, gürültü seviyesi en düşük olan S7 vakasının çentik yakınlarında girdaplılık değerlerinin 170,000 olduğu görülürken diğer vakada çentiklerin daha geniş bir alanına yayılarak 200,000 seviyelerine ulaştığı görülmüştür. Alınan bu sonuçlar TLS ve girdaplılık dağılımlarının gürültü seviyelerine etkisinin uyumlu olduğunu göstermiştir.