Girdap Yaratıcıların Dairesel Silindir Etrafındaki Akışa Etkisinin Deneysel Ve Hesaplamalı Olarak İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmadaki amaç, girdap yaratıcıların dairesel silindir etrafındaki akışa ve girdap oluşma mekanizmasına olan etkilerinin deneysel ve hesaplamalı olarak ortaya konması ve farklı türbülans modellerinin performansının test edilerek modelleme yetisi en yüksek olan türbülans modelinin belirlenmesidir. Deneysel çalışma, 1.6mm yüksekliğindeki girdap yaratıcıların silindir çevresine dört farklı açıda yerleştirildikleri vakalar ve girdap yaratıcı içermeyen yalın silindir vakası ile birlikte toplam beş ayrı vakanın silindirin boyuna doğrultusunda orta düzleminde iz bölgesini içeren bir alanda iki boyutlu olarak gerçekleştirilen DPIV ölçümlerini kapsamaktadır. Çalışmadaki Reynolds sayısı 41300 ve buna karşılık gelen silindir akış rejimi ise kritik altı rejimdir. PIV görüntülerinden elde edilen akış alanlarının analizi, Reynolds Ayrıştırması, Sabit Faz Ayrıştırması ve POD olmak üzere, üç ayrı teknik ile gerçekleştirilmiştir. Girdap yaratıcıların etkisi, vakaların kendi aralarında ve yalın silindir ile karşılaştırmaları ile belirlenmiş, sonuçlar tartışılmıştır. Hesaplamalı çalışmadaki amaç, yalın ve girdap yaratıcılı silindir etrafındaki akışın, deneysel çalışmada yer almayan yanlarının da ortaya konabilmesi ve bu karmaşık akışı en iyi şekilde modelleyen türbülans modelinin çalışmada ele alınan tek denklemli ve iki denklemli türbülans modelleri arasından seçilmesidir. Çalışma, girdap yaratıcıların dolgun cisimler etrafındaki akışa olan etkisinin incelenmesine detaylı analizlerle yenilik getirmekte, özellikle daha önce gözlenmemiş olan iz yapısını açık biçimde ortaya koymaktadır. Ayrıca, böylesi karmaşık bir akışın RANS temelli türbülans modelleri ile çözülebildiği, pek çok alanda başarısını ispatlamış olan SST türbülans modelinin akış yönünde girdaplar ve kuvvetli ayrılma içeren akışlarda tercih edilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır. Çalışma ayrıca, girdap yaratıcıların gemiler etrafındaki akım ayrılmasını kontrol etmek üzere gerçekleştirilecek dizayn sürecine önemli katkılar yapabilecek bir altyapı hazırlamıştır.

The aim of the study is to investigate the effect of the streamwise vortex generators both experimentally and computationally to the flow around circular cylinder and vortex formation mechanism and to test the performance of different well-known RANS based turbulence models on predicting such a complex flow field. In the experimental study, wake oscillations of the circular cylinder and vortex shedding are visualized with digital PIV system. Experimental study consists of cases including bare cylinder and cylinder with vortex generators. The Reynolds number investigated is 41300, which corresponds to the sub-critical flow state. The analysis of the flow fields are processed with Reynolds decomposition, constant-phase decomposition and proper orthogonal decomposition. The aim of the computational study is to investigate the additional features of the flow which are not included in the content of the experimental study, and the selection of the best turbulence model, which fits the flow around circular cylinder with vortex generators, among the investigated one equation and two equation turbulence models. The study provides a contribution to the literature about the effect of vortex generators to the flow around circular cylinder and includes detailed investigation of the wake pattern and also expected to be a good reference for the predictive capability of the investigated turbulence models. The results shows that such a complex flow can be simulated with RANS-based turbulence models and Shear Stress Transport k- model which performs very well in many areas should be the first choice for the simulation of vortical flow with massive separation. The study also provides a basic knowledge for the design process of the control of the flow separation around ship hulls which is of great importance in the hydrodynamical area.