Farklı açıklık oranlarına sahip Naca4412 kanat profili etrafındaki akışın deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of flow in NaCa4412 wing profile with different aspect ratio
Yazar: MUSTAFA ÖZDEN
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA SERDAR GENÇ ; YRD. DOÇ. DR. İLYAS KARASU
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Zamanla değişen aerodinamik = Unsteady aerodynamics

Özet:
Rüzgar türbinleri ve insansız hava araçlarındaki gelişmeler neticesinde düşük Reynolds sayılı akışlara ilgi artmıştır. Bu tez çalışmasında, düşük Reynolds sayılı akışlarda farklı açıklık oranlarına sahip NACA4412 kanat profili üzerinde 0°-24° hücum açısı aralığında açıklık oranının etkisini görmek için deneysel ve sayısal çalışmalar yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda, duman ve yağ deneyleri ile akış görselleştirme ve sıcak tel anemometresi ile iki eksenli hız, türbülans yoğunluğu ve aerodinamik kuvvet ölçümleri yapılmıştır. Akış görselleştirme deneyleri ile kanat üzerinde laminer ayrılma kabarcığı oluşumu ve gelişimi ile kanat uçlarında uç girdabı oluşumu gözlemlenmiştir. Bu gözlemler sonucunda, düşük Reynolds sayılı akışlarda bütün kanatlarda laminer ayrılma kabarcığı oluştuğu ve bu kabarcıkların düşük Reynolds sayılarında daha etkin olduğu ve firar kenarına yakın oluşan bu kısa kabarcıkların hücum açısının artışı ile uzun kabarcıklara dönüştüğü ve sonrasında patlayarak kanadın aniden tutunma kaybına uğramasına sebep olduğu görülmüştür. Ayrıca düşük açıklık oranlarında uç girdaplarının kanat gerisinden itibaren oluşup, hücum açısının artışı ile hücum kenarına ve kanat yüzeyinde ortaya doğru yaklaştığı ve ayrılma kabarcığını etkileyerek küçülttüğü görülmüştür. Sayısal çalışmalarda ise, son yıllarda geliştirilmiş olan k-kL-w ve k-w SST Transion türbülans'a geçiş modellerinin 3 boyutlu akış yapılarındaki performansı ele alınmış ve daha sonra bu modellerin zamana bağlı çözümleri, LES (Large Eddy Simulation) model sonuçları ile kıyaslanmıştır. Türbülansa geçiş modellerinden k-kL-w'nın deneylere daha yakın sonuçlar verdiği özellikle kanat yüzeyi kayma gerilmesi ile yağ deneyi sonuçlarının kıyaslamasında açıkça görülmüştür. Ayrıca LES modeli ile hem yoğun ağ yapısı hem de zaman alıcı çözümler gerekirken k-kL-w türbülansa geçiş modeli ile daha hızlı ve gerçeğe yakın sonuçlar alınmıştır.

Abstract:
Attention on low Reynolds number flow increases because of advances on micro air vehicles and wind turbines. In the present thesis, experimental and numerical studies were performed in order to investigate effects of the aspect ratio on NACA4412 wing having different aspect ratios at angle of attack in the range of 0°-24°. In the experimental studies, surface oil and smoke visualizations were performed moreover by means of hot-wire experiments, two dimensional velocities and force measurements were performed. By means of visualization experiments, formations and developments of laminar separation bubble on surface of the wing and wingtip vortices were observed. These observations revealed that laminar separation bubble formed on all wings and laminar separation bubble was more effective at lower Reynolds numbers. By increasing angle of attack, small laminar separation bubbles formed close the leading edge transformed to the long bubbles finally it burst and this bursting leaded stall. Furthermore, at low aspect ratios, with increasing angle of attack wingtip vortices which formed behind the wing formed closer the leading edge of the also it enlarged on spanwise direction. It was observed that wingtip vortices and laminar separation bubble interacted and this interaction leaded laminar separation bubble to get smaller. In the numerical studies, performance of k-kL-w ve k-w SST transition models which has developed in recent years on 3D flow structures. Results of the transiton models were compared with unsteady results of the Large Eddy Simulation (LES). The k-kL-w transition model gave better results when wing surface shears were compared with surface oil visualization experiments.