Dairesel Kesitli Boru İçindeki Hava Akışının Çalkantı Modlarının Hidrodinamik Kararlılık Yaklaşımıyla İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada amaç, LES ve DNS yöntemleri kullanılarak yapılacak olan Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) benzetimlerinde kullanılmak üzere, girişte akışın sahip olması gereken çalkantı değerlerini, hidrodinamik kararlılık yaklaşımını kullanarak yeter doğrulukta verebilmektir. Bu amaç doğrultusunda, bu çalışmada dairesel kesitli boru içindeki akışın çalkantı modları hidrodinamik kararlılık ile irdelenmiştir. Bu süreçte ilk aşama akışta geliştiği varsayılan küçük tedirginlikler için doğrusallaştırılmış Navier-Stokes denklemlerinin çıkarılmasıdır. Söz konusu momentum denklemleri paralel kestirim yöntemi kullanılarak çözülmüş ve kayma tabaka akışına ait Fourier modları bulunmuştur. Daha sonra bulunan bu modlar kullanılarak, zamana bağlı ve uzaydaki faz ilişkileri doğru belirlenmiş anlık hız değerleri ve bunlara ait istatiksel büyüklükler elde edilerek incelenmiştir.

Most of the engineering flows, which we encounter in everyday applications, are turbulent. It is well known that turbulent flows are highly dependent on space coordinates and exhibit strong unsteady characteristics, which stems from energetic eddies of different scales. Thus, it is a vital to capture the multi-scale characteristics of shear flows, and this happens to be a challenging modeling issue. The advancements in the computer technology in recent years made it affordable to simulate turbulent flows with LES and DNS models, whose accuracy largely suffers from inconsistent implementation of inflow boundary condition. In this study, the primary aim is to resolve this drawback of turbulent flow simulations. In order to achieve this goal a technique was developed which, by using the modal solutions of linearised Navier-Stokes equations, generates time dependent inlet boundary conditions for turbulent flow simulations. For that, hydrodynamic stability analysis was performed for a pipe flow, which allows solutions with space-time correlations and phase relations retained.