Dairesel ve dikdörtgen oluklarla pürüzlendirilmiş bir silindir üzerindeki akışın sayısal analizi
Numerical analysis of flow on a cylinder roughened with circular and rectangular grooves
Yazar: ERHAN ÖZTÜRK
Danışman: PROF. OKTAY ÖZCAN
İstanbul Aydın Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Pürüzsüz silindir ile yüzeyi dairesel ve dikdörtgen oluklarla pürüzlü hale getirilmiş silindir etrafındaki üç boyutlu, türbülanslı zamana bağlı akış, Reynolds sayısının 5*103 -104 – 15x103 ve 2x104 olduğu durumlar için sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal çözümler sonlu hacimler yöntemini kullanarak Navier-Stokes denklemlerini çözen ticari yazılım ANSYS Fluent ile yapılmıştır. Türbülans modeli olarak Boussinesq yaklaşımını kullanan Eddy viskozitesi modellerinden k- SST modeli kullanılmıştır. Sayısal çözümlerde eleman sayısı dört ile sekiz milyon arasında değişen, yapısal ve hibrit çözüm ağları kullanılmıştır. Silindir üzerindeki akım ayrılmasını mümkün olduğunca doğru hesaplayabilmek amacıyla; duvar fonksiyonları kullanmak yerine, katı yüzeyler üzerinde daha sık bir ağ oluşturularak tüm çözümlerde sınır tabakanın açık olarak çözülmesi sağlanmıştır. Aynı şekilde silindirin art izi bölgesinde de çözüm ağının diğer bölgelerine göre daha sık bir ağ oluşturulmuştur. Hesaplanan hız ve basınç alanından sürükleme ve kaldırma katsayısı değerleri elde edilmiştir. Sayısal çözümlerde silindirin uzunluk/çap oranı 3 olarak alınmıştır. Sonuç olarak, bu çalışmada ele alınan Reynolds sayısı değerlerinde sınır tabakanın laminer akımdan türbülanslı akıma geçiş yapmasına rağmen, tüm çözüm alanının türbülanslı olduğu kabulüyle yapılan sayısal çözümlerde hem pürüzsüz hem de pürüzlü silindir için hesaplanan sürükleme katsayısı değerlerinin literatürdekilere yakın olarak bulunduğu görülmüştür. Yüzeyindeki dairesel kesitli oyuklarla pürüzlü hale getirilmiş silindirde pürüzsüz silindirdekine göre daha düşük sürükleme katsayısı değerleri elde edilmiştir. Sürükleme katsayısındaki bu düşüş, daha önceki çalışmalarda elde edilen sonuçlarla uyumludur.
Anahtar Kelimeler : Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, sürükleme katsayısı, kaldırma katsayısı, Strouhal sayısı, Von Karman girdap yolu, silindir ardı akış,

Abstract:
The three-dimensional, turbulent time-dependent flow around the smooth cylinder, the surface of which is roughened with circular and rectangular cavities, was numerically studied for the Reynolds number of 5 * 103 -104 - 15 * 103 and 2 * 104 Numerical solutions were made with the commercial software ANSYS Fluent, which solves Navier-Stokes equations using the finite volume method. As the turbulence model, the k- SST model, one of the Eddy viscosity models using the Boussinesq approach, was used. Structural and hybrid solution networks with the number of elements between four and eight million are used in digital solutions. In order to calculate the current separation on the cylinder as accurately as possible; Instead of using wall functions, a more dense network was created on solid surfaces and the boundary layer was solved openly in all solutions. Likewise, a denser web was created in the wake area of the cylinder compared to other parts of the solution web. Drag and lift coefficient values were obtained from the calculated velocity and pressure area. In numerical solutions, the length / diameter ratio of the cylinder is taken as 3. As a result, although the boundary layer has transitioned from laminar flow to turbulent flow in the Reynolds number values discussed in this study, it is seen that the drag coefficient values calculated for both smooth and rough cylinders are found close to those in the literature in numerical solutions made with the assumption that the whole solution area is turbulent. Lower drag coefficient values were obtained in the cylinder, which is roughened with circular cross-section on its surface, compared to the smooth cylinder. This decrease in drag coefficient is consistent with the results obtained in previous studies.

Keywords : CDF, drag coefficient, lift coefficient, Strouhal number, Von Karman vortex street, back-cylinder flow,