Düşük Hızlı Kavite İçi Akışta Döngü Davranışlarının İncelenmesi

Abstract

Kavite içi daimi ve daimi olmayan akışlar çeşitli mühendislik uygulamalarında karşımıza çıkmaktadır.Bu tez kavite akışı içerisindeki döngülerin davranışlarını istatistiksel olarak incelemek amacıyla yapılmıştır. Bu yüzden geniş ve güvenilir bir veri tabanı oluşturulmaya çalışılmıştır. Deneysel içerikli bu çalışma düşük hızlı bir hava tünelinde parçacık izleme yöntemi (PIV) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deneyler kavite uzunluğunun derinliğine oranı dört olan dikdörtgen kavite geometrisi (açık ve sığ) için yapılmıştır. Kavitenin derinliği ve gelen akımın hızı esas alınarak hesaplanmış üç farklı Reynolds sayısı ile çalışılmıştır. Akışın giriş koşullarının laminer rejime uyduğu görülmüştür. Döngülerin PIV ölçümleri ile elde edilen anlık hız alanlarından çıkartılması wavelet analiz yöntemi ile sağlanmıştır. İncelenen kavite akışında akım yapışması gözlenmediğinden akışın “açık tip” kavite akışı olduğuna karar verildi. Ayrıca akışın birbirine ters yönde dönen iki döngü ile temsil edildiği tespit edildi. Reynolds sayısı arttırıldığında bu her iki döngünün de akışın gelmekte olduğu yöne doğru hareket ettikleri ve aynı zamanda kavitenin arka basamağında konumlanan döngünün boyutunun büyüdüğü görüldü. Wavelet analizi ile belirlenmiş döngülerin genel dağılımına bakıldığında bunların kavitenin ön basamağından çıkan bir jet akışına benzediği görüldü. Döngülerin iki ana üretim kaynağı olduğu tespit edildi. Saat yönünde dönen döngülerin ayrılmanın meydana geldiği kayma tabakası içerisinde oluştuğu ve yollarına kavitenin arka basamağında oluşan ana döngü aracılığıyla devam ettikleri belirlendi. Saatin ters yönünde dönen döngülerin ise kavitenin arka duvarında gelişen sınır tabaka etkisiyle oluştuğu ve genellikle kavitenin ön tarafında konumlandığı görüldü. Döngülerin boyutlarının ise yaklaşmakta olan sınır tabaka kalınlığı ile ilişkili olduğu ve Reynolds sayısı arttırıldığında azaldığı tespit edildi

Flows over cavities exhibit various steady and unsteady phenomena, and one of concern in several engineering disciplines. The present thesis is aimed to understand the nature of the vortex behavior in a cavity flow through the analysis of statistical data and to create a wide and reliable database. This study which is of experimental nature was performed in a subsonic wind tunnel using particle image velocimetry (PIV). The tests were made on a rectangular cavity with length to the depth ratio of 4. Three different Reynolds numbers, were examined (Re=4000,9000,13000). The inlet conditions was investigated using hot-wire anemometry and was found to be laminar. The vortices have been identified by using a wavelet analysis technique applied to instantaneous velocity fields obtained by PIV. The results showed that the investigated flow was belonging to an open type and was mainly characterized by two large circulating bubbles turning in opposite directions. As the Reynolds number increased, the downstream recirculation bubble became larger and its center moved through the leading edge. An over view of the positions occupied by the vortices was found similar to a jet configuration attached to the leading edge. Two main areas of vortex production were identified. Clockwise vortices are created inside the shear layer, convected by the trailing recirculation bubble. Anti-clockwise vortices were mainly created by the trailing wall-layer. Their concentration at lower Reynolds number seems to be higher in the leading edge recirculation bubble. It is observed that the size of the vortices is linked to the size of the incoming boundary layer and this size decreases as the Reynolds number increases.