Tabana Oturan Silindir Etrafındaki Akım Alanı Ve Üzerindeki Basınç Dağılımı

Abstract

Silindir etrafındaki akım alanının ve silindir üzerine etkiyen kuvvetlerin incelenmesi akışkanlar mekaniğinde önemli bir yer tutmaktadır. Bu çalışmada farklı akım koşullarında tabana oturan ve çeşitli gömülme derinliklerindeki silindirlerin etrafında oluşan akım alanı ve silindirler üzerine etkiyen kuvvetlerin sayısal olarak incelenmesi amaçlanmıştır. Bunun için bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği yazılımı olan FLUENT kullanılmıştır. Modellerin kurulması ise bir sonlu elemanlar önişlemcisi olan Gambit ile yapılmıştır. Ele alınan sınır koşullarının sonucu olarak bir türbülanslı akım söz konusu olduğu için FLUENT programının sunduğu türbülans yaklaşımlarından biri olan k- türbülans modeli seçilmiştir. Farklı sınır koşullarında silindir etrafındaki kararlı akım, dalga ve akım+dalga hareketleri incelenmiş; kararlı akım için hız, basınç, kayma gerilmesi dağılımları ve kuvvet katsayılarının grafikleri verilmiştir. Salınımlı hareket olarak modellenen dalga durumu ve akım+dalganın birlikte akım ortamında görüldüğü durumlar için ise hız ve basınç dağılımları ile kuvvet-açısal frekans (t) grafikleri verilmiştir. Yapılan çalışmanın sayısal bir çalışma olmasının bir gereği olarak elde edilen sonuçlar daha önceden yapılmış ve aynı sınır koşullarına sahip fiziksel deneylerin sonuçlarıyla karşılaştırılarak sayısal sonuçların fiziksel deneylere olan yakınsaması irdelenmiştir. Kararlı akım koşullarındaki sonuçların, dalga ve akım+dalga etkisindeki sonuçlara göre fiziksel deneylerle daha uyumlu olduğu gözlemlenmiştir.

Investigation of the flow domain and forces around a cylinder takes important place in fluid mechanics under the steady current, wave or combined flow. The numerical investigation of the flow domain and forces on cylinders which are surface mounted or have different burial depths for various flow conditions is aimed in this study. For this purpose, a computational fluid dynamics software, FLUENT, was used. Models were generated by means of Gambit which is a finite element preprocessor. Considering the boundary conditions, k- turbulence method was selected on FLUENT environment for turbulence flow. Steady flow, wave and current+wave motion cases were analyzed around a cylinder for different boundary conditions. Velocity, pressure, shear stress distribution and force coefficients graphs were focused for steady flow condition. On the other hand, velocity and pressure distribution graphs and also force-angular velocity (t) graphs were given for wave and current+wave condition. Results of numerical analysis were compared to empirical results that were performed previously for the same boundary conditions. The results for steady flow condition were found to be more coherent with physical results rather than that for wave and current+wave condition.