Aktif akış kontrol tekniği uygulanan bir silindir etrafında sıcaklık ve hız dağılımlarının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of temperature and velocity distributions around a cylinder applied with active flow control technique
Yazar: DOĞAN BURAK SAYDAM
Danışman: PROF. DR. COŞKUN ÖZALP
Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Akış alanının karakteri akışın temas ettiği cismin geometrik yapısına ve akış özelliklerine göre değişmektedir. Kontrolsüz bir akışta, cisimler üzerinde akış ayrılması oluşacak ve buda girdap kopmaları meydana getirecektir. Oluşan girdaplar cisimler üzerinde titreşimlere neden olacak ve bu titreşimler cisim üzerinde deformasyonlara yol açarak cisimlerin kullanım ömürlerinde azalma meydana getirecektir. Bu çalışmada farklı yüzey geometrisine sahip dönen ve dönmeyen silindirlerin akış ve ısı geçişine etkilerinin deneysel olarak incelenmesi hedeflenmiştir. Çalışmada, üst akış bölgesinde bulunan silindire bir servo hareket sistemine bağlanarak dönme hızının sıfır olduğu hareketsiz durumda ve farklı dönme hızlarında döndürülerek iz bölgesindeki girdap kopmalarının ve kayma tabakasının alt akış bölgesinde bulunan silindirler üzerindeki etkileri incelenmiştir. Deneyler, kapalı devre üzeri açık su kanalında gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, yüzey pürüzlülüklerinin derinlik genişlik oranları (ɛ/z), dönme hızı (α), Reynolds sayısı (Re), üst akış bölgesindeki silindirler alt akış bölgesinde bulunan silindirler arasındaki mesafe (L/D) ve pürüzlülük geometrisi (kare, üçgen ve dairesel oluklu) gibi bağımsız parametrelerin akışa ve ısı transferine etkileri incelenmiştir. Yapılan çalışma sonunda Re=1400 için optimum L/D mesafesi L/D=1, Re=2700 ve Re=5000 için optimum L/D mesafesi L/D=2 olarak tespit edilmiş ve deneyler gerçekleştirilmiştir. Reynolds sayısının atması ile birlikte Nusselt sayısının da artığı görülmüştür. Farklı yüzey pürüzlülüğüne sahip silindirlerin düz silindire göre ısı geçişinde ve akış yapısında çok önemli bir etkiye sahip olmadığı fakat düz silindire göre yüzeyi pürüzlü olan silindirlerin akış ayrılma noktasını daralttığı görülmüştür. Yüksek dönme hızlarının ise ısı transferini olumlu yönde etkilediği ve Nusselt sayısını artırdığı görülmüştür.

Abstract:
The character of the flow field changes according to the geometric structure and flow properties of the object that the flow touches. In an uncontrolled flow, flow separation will occur on the bodies and this will cause vortex shedding. The resulting vortexes will cause vibrations on the objects and these vibrations will cause deformations on the object and reduce the service life of the objects. In this study, it is aimed to experimentally investigate the effects of rotating and non-rotating cylinders with different surface geometries on flow and heat transfer. In the study, the effects of the vortex shadings in the trace region and the rollers in the downstream region of the slip layer were investigated by connecting the cylinder in the upstream region to a servo motion system, rotating at a standstill with zero rotational speed and at different rotation speeds. The experiments were carried out in an open water channel over a closed circuit. In the study, independent parameters such as depth-width ratios of surface roughness (ɛ/z), rotational speed (α), Reynolds number (Re), different distance between cylinders in the downstream region of the cylinder in the upper flow region (L/D) and the roughness geometry (square, triangular and circular)  effects on heat transfer and flow structure were investigated. At the end of the study, the optimum L/D distance for Re=1400 was determined as L/D = 1, and the optimum L / D distance for Re=2700 and Re=5000 was determined as L/D = 2. Experiments were carried out in this direction. It was seen that the Nusselt number increased with the increase of the Reynolds number. It has been observed that cylinders with different surface roughness do not have a significant effect on heat transfer and flow structure compared to smooth cylinders, but cylinders with rough surfaces compared to smooth cylinders narrow the flow separation point. It has been observed that high rotation speeds have a positive effect on heat transfer and increase the Nusselt number.