Türbülanslı akış benzetimlerinde kullanılmak üzere zamana bağlı yapay giriş koşullarının geliştirilmesi

Abstract

Mühendislik uygulamalarında, karşılaşılan akış problemlerinin genellikle türbülanslı olduğu ve hem zamana hemde konuma bağlı güçlü değişimler gösterdiği bilinmektedir. Son yıllarda bilgisayar teknolojisinde görülen hızlı gelişmeye paralel olarak LES ve DNS gibi hesaplama maliyeti yüksek olan benzetim yöntemleri- türbülansla ile ilgili temel araştırma alanlarında kullanılan deneysel araçlar olmaktan çıkarak pratik mühendislik uygulamalarında da kullanılmaya başlamıştır. Ancak halen bu yöntemlerin kullanımı ile ilgili aşılması gereken problemler bulunmaktadır. Bunlardan bir taneside akış alanının girişinde uygulanması gereken sınır şartlardır. Akışaltı bölgede kalan türbülans yapıları girişte verilen hız değerlerinden etkilenmektedirler. Bu sorunun önüne geçebilmek için girişte verilen hız değerlerinin hem zamana hemde konuma bağlı olarak belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada amaç, LES ve DNS yöntemleri kullanılarak yapılacak olan Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği benzetimlerinde kullanılmak üzere, giriş sınırlarında akışın sahip olması gereken türbülans değerlerim, belirli bir yaklaşım dahilinde, doğru ve yeterli olarak verebilmektir. Bu amaç doğrultusunda, laminer bir sınır tabakada hidrodinamik kararlılık analizi yapılmıştır. Kararlılık analizinde ilk aşama doğrusallaştırılmış Navier-Stokes denklemlerinin bulunmasıdır. Doğrusallaştırmış Navier-Stokes denklemleri paralel tahmin yöntemi kullanılarak çözülmüş ve sınır tabaka akışına ait Fourier modları bulunmuş ve daha sonra bulunan bu modlar kullanılarak, zamana bağlı ve uzaydaki faz ilişkileri doğru belirlenmiş hız değerleri oluşturulmuştur. Oluşturulan bu hız değerleri çeşitli örnek akış alanlarının giriş sınırlarında kullanılarak denenmiştir.Today we are well aware that most of the engineering flows, which we faced in everyday applications, are turbulent. it is also well known that turbulent flows show strong unsteady characteristics and are highly dependent on time and space coordinates. So it is necessary to capture the aforementioned unsteady characteristics. The advancements in the computer technology in recent years made it affordable to simulate turbulent flows with less modelled but more direct approaches like Direct Numerical Simuiation (DNS) and Large Eddy Simulation (LEŞ) in which time- dependent accurate turbulent flow solutions can be obtained. in this study, our primary aim is to attack öne of the majör drawbacks of the turbulent flow simulation techniques like DNS and LEŞ, which is namely turbulent inflovv conditions. in order to achieve this goal a technique was developed which, generates time dependent inlet boundary conditions for turbulent flow simulations by using the modal solutions of linearized Navier-Stokes equations. Thus, a hydrodynamic stability analysis of a turbulent boundary layer was performed, which allows solutions with space-time correlations and phase relations retained, and results were applied to jets in cross-flow confıguration.