İTÜ Trisonik Laboratuarı Aeorodinamik Deney Sonuçlarının Analizi Ve Görselleştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada, İTÜ Trisonik laboratuarında yapılan rüzgar tüneli deneylerinde elde edilen veriler kullanılarak incelenen akışa ait büyüklüklerin çizimlerinin oluşturulması için algoritmalar ve bunları uygulayan bir çizim programı geliştirmek hedeflenmiştir. Laboratuar ortamında ölçülen veri bir düzlem yada uzaysal bir hacim içerisinde tanımlanmış noktalara karşılık ölçülen büyüklüklerden oluşmaktadır. Bu çalışmada ele alınan büyüklükler; ölçülen hız, toplam basınç, statik basınç ve türbülans verileri ve hız alanının yapısına bağlı olarak elde edilen akım ve girdaplılık değerleridir. Geliştirilen programda hız vektörleri, eş hız eğrileri, eş basınç eğrileri, akım çizgileri ve girdaplılık çizgileri çizilmekte ve analiz modunda bunların noktasal incelemeleri görsel ve interaktif olarak gerçekleştirilmektedir. Bu tez kapsamında öncelikle akım ve girdaplılık fonksiyonları kullanılarak çizim algoritmaları geliştirilmiştir. Çizim algoritmasında temel olarak ölçümün yapıldığı noktalarda analitik fonksiyona uyumlu şekilde akım ve girdaplılık değerleri hesaplanmıştır. İki noktalı lineer ve üçgen elemanlarla da yüzey enterpolasyonları yapılarak çizimler yapılmıştır. Programda kullanılan algoritmalarla elde edilen çizimler mevcut programlarla ve potansiyel akış kullanılarak elde edilen teorik akışla kıyaslanmış ve uyumlu sonuçlar elde edildiği görülmüştür. Ayrıca, bu çalışma kapsamında sabit sıcaklık anemometresi ile bir sesaltı jet akışı içerisinde hız ve türbülans ölçümleri gerçekleştirilerek bir örnek veri seti elde edilmiştir. Sonuçlar çalışmada geliştirilen çizim programı vasıtasıyla incelenmiştir. Demavis programı hız, performans, çeşitli platformlarda çalışabilirlik, geliştirmeye açıklık, kolay kurulum ve kullanım özellikleri gözetilerek geliştirilmişir. Bu amaçlar için 64 bit’lik açık kaynak kodlu geliştirme araçları ve standart C dili tercih edilmiştir. Derleyici olarak 64 bit GNU C kullanılmıştır. Çizimler OpenGL ile gerçekleştirilmiştir, Kullanıcı arayüzü olarak GTK kütüphanesi kullanılmıştır. Elde edilen program 64 bit işlemcili Linux ve Windows makinalarda yönetici yetkisi gerektirmeden kopyalama yoluyla çalışmaktadır. Uygulama yaklaşık 9900 satır kod’dan oluşmakta ve binary büyüklüğü 300 KB civarındadır. Program çalıştırıldığında seçilen yüzey için tüm büyüklüklere ait çizim noktalarını hesaplamakta ve hızlı işleyiş için hafızada tutmaktadır. Sonrasında, yaklaştırma, kaydırma, çizimleri birlikte ve ayrı gösterme vb çeşitli fonksiyonaliteleri OpenGL ve diğer kütüphaneler vasıtası ile interaktif olarak hızlı bir şekilde gerçekleştirilmektedir. Bu çalışma ile deney verilerinde incelenen akım ve girdaplılık çizgilerinin bilgisayar ortamında oluşturulması için kullanılabilir algoritmalar ve bunların yanısıra diğer büyüklüklerin detaylı incelenebileği bir uygulama elde edilmiştir. Bu programın yapılan deneyleri görsel ve sayısal olarak incelemekte faydalı olacağı düşünülmektedir, ayrıca ihtiyaç duyulan diğer fonksiyonalitelerin eklenmesi için de bir altyapı oluşturulmuştur.

In this work, it was aimed to develop algorithms to visualise physical properties of the values in a flow obtained in the experiments performed at İTÜ Trisonic Wind Tunnel Laboratories, and to use these algorithms in a computer program to draw their graphics. The data measured at laboratory conditions consist of corresponding values of the measurements of the points defined in a surface or three dimensional volume. The values considered at this work are measured velocity, total pressure, statical pressure and turbulence values and the values of stream and vorticity obtained according to the structure of the flow area. Velocity vectors, velocity contours, total and static pressure contours, streamlines and vorticity contours are drawn by the program. Furhter analysis of these drawings can be made in analysis mode visually and interactively. At this covarege, stream and vorticity functions were used to develop algorithms in order to use in drawings. In the drawing algorithm, it was calculated the stream and vorticity values at the grid points where measurements were performed, in a similar way with the analytical functions. Two points linear and three points triangular area interpolations are used in order to perform drawings. The results obtained with the program were compared with the present applications at the Laboratory and a stream obtained by using a theoritical potential flow. It was observed similar results. It was also obtained an example experimental result set of velocity and turbulence values of a subsonic jet flow by using a hot wire anemometer. Results are examined with the developed drawing software. The program Demavis was developed with the objectives of speed, performance, portability, easy installation and user friendlyness. To reach these objectives, 64 bits open source development tools and standart C language was preferred. 64 bits GNU C compiler was used. Drawings were performed with high performance OpenGL libraries. User interface was developed with GTK library. The resulting code runs on 64 bits Linux and Windows operating systems without requiring administrative rights and simply by copying. The code consists of 9900 lines and binary size is 300 KBytes. When the program starts, the drawing points of all properties were calculated for the selected surface and they remain in memory for fast drawing operations. Then zoom, pan, together and standalone drawings, and other functionalities are performed with OpenGL libraries quickly and interactively. With this work, it was developed usuable algorithms for visualising on computer several flow properties i.e. streamlines, vorticity lines, velocity contours and pressure contours and a program that use these algorithms with the funcionality of studying with details all the properties of the flow. This program can be used to study the experimental results in a visual and interactive way. Other features that may be needed can be developed by using this work as the base.