Küt Cisimler Etrafındaki Üç Boyutlu Ayrılmalı Akışın Benzetimi Ve Analizi

Abstract

Isı değiştiriciler, açık deniz platformları, kara taşıtları, binalar ve köprüler gibi farklı mühendislik uygulamalarındaki önemi nedeniyle küt cisimler etrafındaki akış alanı birçok deneysel ve sayısal çalışmaya konu olmuştur. Sayısal çalışmaların çoğunluğunda göz önüne alınanın aksine iki boyutlu olarak adlandırılan cisimler etrafındaki temel akış hali, örneğin uniform akış alanı içindeki dairesel silindir bile çeşitli üç boyutlu özellikler göstermektedir. Gerçekte, bütün cisimler sonlu bir genişliğe sahip olduğu için, belirli bir kritik Reynolds sayısından sonra bütün akışlar genişlik boyunca belirli bir dalga boyuyla kararsızlık geliştirmekte ve dolayısıyla iki boyutlu geometriler ve iki boyutlu akışlar sadece teorik olarak mümkün olabilmektedir. Dolayısıyla, son yıllarda deneysel ve sayısal çalışmalarda dikkatler artan bir oranda iki boyutlu olarak adlandırılan, hafifçe üç boyutluluğa sahip olan veya kuvvetli bir üç boyutluluk gösteren geometriler etrafındaki akışlara çevrilmiştir. Bu çalışmada, üç boyutlu Ayrık Vorteks Yöntemi kullanılarak küt cisimler etrafındaki üç boyutlu akış simule edilmiştir. Simulasyon yöntemi tamamen Lagrange’saldır ve dolayısıyla küt cisimler etrafında bir çözüm ağı üretmek gerekli değildir. Küre ve dairesel silindir etrafındaki akış yapıları çeşitli Re sayılarında incelenmiştir. Hesaplamalar, İTÜ’de var olan Yüksek Başarımlı Hesaplama Sistemleri kullanılarak yapılmıştır. Bilgisayar kodu karmaşık cisimler etrafındaki akışa da uygulanabilir olacak şekilde geliştirilmiştir.Owing to its importance in many engineering applications, including heat exchangers, risers in marine technology, road vehicles, building and bridges, flow around bluff bodies has been subject to numerous experimental and computational studies. In contrast to the view expressed in many computational studies of flow around bluff bodies, even the fundamental flow case of a nominally two-dimensional body, e.g. a circular cylinder in a uniform stream exhibits several three-dimensional features. Strictly, two-dimensional geometries and two-dimensional flows can only exist in theoretical models, since in reality, all bodies have finite lateral extents and, above some critical Reynolds number, all flows generate instabilities with some spanwise wavelength. Consequently, in recent years increasing experimental and numerical research effort is being directed towards three-dimensional features of nominally two dimensional, mildly or strongly three-dimensional bluff bodies. In thi study, using a three-dimensional discrete vortex method, separated flow around bluff bodies have been simulated. The simulation method is fully Lagrangian and thus does not require a grid around the bodies. A sphere and a circular cylinder are investigated at various Re numbers. Computations have been carried out using Fortran compiler on a High Performance Computation System available at ITU. The computer code has been developed to be applicable not only to the case of circular cylinder but also to the flow around arbitrary, complex geometries.