Sonlu-silindir üzerindeki akış yapısının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation oo flow structure on the finite cylinder
Yazar: SALİH ÇELİK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. CUMA KARAKUŞ
Mustafa Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, serbest yüzeyli dairesel sonlu-silindir üzerindeki akış yapısı, kapalı devre açık yüzeyli su kanalında Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçüm Tekniği (PIV) kullanılarak deneysel olarak incelenmiştir. Sonlu-silindir, D=40mm çap, h=40mm yükseklik (yükseklik çap oranı, h/D =1 ve h/D=3) değerlerine sahiptir. Deneyler, serbest akış hızı ve sonlu-silindir çapına bağlı Reynolds sayısının Red=1000 ile Red=7000 aralığında, sonlu-silindir önü, sonlu-silindir serbest ucu üzerinde ve sonlu-silindir arkası yönünde gerçekleştirilmiştir. Deney esnasında, iki boyutlu anlık hız alanları PIV yöntemiyle ölçülmüş ve bu hız profilleri kullanılarak zaman-ortalama hız alanları , akım çizgileri ve girdap eş düzey eğrileri elde edilmiştir. Deneysel çalışma sonucunda, sonsuz silindir üzerindeki iki boyutlu akış yapısından farklı olarak sonlu-silindir serbest yüzeyi üzerindeki akışın birçok girdap sistemlerinin birleşmesinden oluştuğu ve daimi olmayan üç boyutlu (3-D) karmaşık bir yapıya sahip olduğu görülmüştür. Sonlu-silindir önünde saat yönünde dönen girdapların oluştuğu, Reynolds sayısı arttıkça oluşan girdapların boyutlarının küçüldüğü ve girdaplılık değerlerinin arttığı görülmüştür. Sonlu-silindir serbest yüzeyinde ise akış ayrılma ve yeniden birleşme noktaları ile birlikte ayrılma baloncuğunun meydana geldiği, Reynolds sayısı arttıkça oluşan ayrılma baloncuğu boyutlarının küçüldüğü ve girdaplılık değerlerinin arttığı görülmüştür. Sonlu-silindir arka bölgesinde negatif yönde dönen ters akışların meydana geldiği gözlemlenmiştir. Sonlu-silindir arka köşesi ile düzlem yüzey birleşme bölgesinde ise pozitif yönde dönen spiral girdaplar oluşmaktadır. Sonlu-silindir firar kenarından ayrılan akışın düzlem yüzeyinde yeniden birleşme noktası meydana getirdiği; Reynolds sayısının artması ile birlikte yeniden birleşme noktasının silindir arka yüzeyine doğru yaklaştığı, bunun yanı sıra oluşan ters akış bölgelerinin boyutunun küçüldüğü belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, the flow structure over a free-surface finite-circular cylinder was investigated experimentally with the open-faced, closed-loop water channel via using Particle Image Velocimetry (PIV) technique. Finite-cylinder has D = 40 mm diameter and h = 40 mm height (diameter ratio of the height, h/D= 1 and h/D=3) values. The experiments were carried, due to the free stream and the finite-cylinder diameter in the range of Red = 7000 and Red = 1000 with the Red, in finite-cylinder front, on the free end of finite-cylinder and the back of the cylinder out towards. During the experiment, two-dimensional PIV instantaneous velocity fields and velocity profiles were measured using the method of time-average velocity fields , streamlines and vorticity is obtained. As a result of this experimental study, a two-dimensional flow over the infinite cylinder, unlike the structure of the flow on the free surface of finite-cylinder systems, combination of several vortex formed and a non-permanent three-dimensional (3-D) was found to have a complex structure. In front of the finite- cylinder, clockwise rotating vortices formed and whit the Reynolds number increases, this vorticity values increased with the decrease of enlargement of the vortices. On the finite-cylinder free surface, flow separation and re-attachment points occur and cause of this situation separation bubble consist, and with the increasing Reynolds number values, the separation bubbles size decreases and vorticity values increased. And it can be seen that; in the back of finite-cylinder the flow structure occur reserve flows with rotating in the negative direction. On the other hand, in the back corner of the finite-cylinder and the junction of plane surface, rotating spiral eddies composed with the positive direction. Finite-cylinder flow is separated from the trailing edge plane formed by the junction point on the surface again, with the increase of Reynolds again approached the junction point of the rear surface of the cylinder, as well as shrinking the size of the reverse flow regions were determined.