Silindir üzerindeki farklı geometrik yapıların akış yapısı üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of different geometric structures on cylinder on flow structure
Yazar: FERHAT KOCA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ADNAN ÖZTÜRK
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, dairesel bir silindir yüzeyindeki sarmal yapı için akış kontrol mekanizması Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçme (PIV) yöntemiyle deneysel olarak incelenmiştir. Silindir yüzeyinde, 44 mm çapında, başlangıç ve bitiş noktaları aynı düzlem üzerinde olacak şekilde, adım sayıları değiştirilerek adım mesafeleri (p) farklı olan;  tek sarmal (p=440 mm), çift sarmal (p=220 mm) ve dört sarmal (p=110 mm) yapı oluşturulmuştur. 440 mm uzunluğundaki silindir üzerine 44 mm çapındaki yarım dairesel sarmallar spiral şeklinde sarılmıştır. Akış özellikleri, sarmal yapı açısal konumunun, silindirin durma noktasından 0° - 180° 'de açının bir fonksiyonu olarak (0°, 30°, 60°, 90°, 120° ve 180°)  6 farklı düzlemde incelenmiştir.  Silindir çapı ve ortalama kanal hızına bağlı olarak hesaplanan Reynolds sayınının 104 değeri için elde edilen zaman-ortalama akım çizgisi <ψ>, vortisite <ω>, türbülans kinetik enerji ve akış yönündeki ile akışa dik yöndeki RMS değerleri sunulmuştur. Ayrıca, Strouhal sayıları, tek nokta spektral analizinden elde edilen Karman vorteks frekansı kullanılarak hesaplanmıştır. 3 farklı sarımdaki silindirlerin akış yapısı üzerine etkisi hem birbirleri ile hem de boş (düz) silindir akış yapısı ile karşılaştırılmıştır.  Sarmalın kritik açısal pozisyonunun θ = 90° olduğu sonucuna varılmıştır. Akış ayrılmasının 0°< θ <90° aralığında kontrol edilebilir olduğu görülmüştür. Ayrıca deneysel olarak incelenen akış yapıları hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemiyle de analiz edilmiştir.
Anahtar kelimeler: Sarmal silindir, akış kontrolü,  PIV, HAD.

Abstract:
In this study, the flow control mechanism for the helical structure on a circular cylinder surface is presented experimentally by using Particle Image Velosimetry (PIV). On the surface of the cylinder, a single-helix (p = 440 mm), a double-helix (p = 220 mm) and a four-helix (p = 110 mm) structures with a diameter of 44 mm were formed by changing the number of steps of the helixes so that the starting and ending points of these helixes are on the same plane. On the cylinder with a length of 440 mm long, half-coils with a diameter of 44 mm are wound in a circular spiral shape. The flow properties were examined for 6 different planes (0°, 30°, 60°, 90°, 120°, and 180°) determined as a function of the angular position (0°-180°) of the helical structure according to the stagnation point of the cylinder.  In the experimental study conducted for a Reynolds number of 10000 based on cylinder diameter and channel flow speed, streamline <ψ>, vorticity <ω>, turbulent kinetic energy , straight Urms and transverse Vrms with RMS values are presented. In addition Strouhal numbers were calculated using Karman vortex frequency obtained from single point spectral analysis. The effect of the cylinders having three different helix structure on the flow was compared with each other and with flow structure on the plain (bare) cylinder. It is concluded that the critical angular position of the helix is θ=90°. It has been shown that flow separation is controllable for 0° < θ <90°.  Also, the flow structures examined experimentally were analyzed by computational fluid dynamics (HAD) method.
Key Words: Spiral cylinder, flow control, PIV, CFD.