Kanat profilleri etrafındaki düşük reynolds sayılı akışın kontrolü ve aerodinamik performansın incelenmesi
Control of low reynolds number flow over aerofoils and investigation of aerodynamic performance
Yazar: MUSTAFA SERDAR GENÇ
Danışman: PROF. DR. ÜNVER KAYNAK
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
İnsansız hava araçları ve rüzgar türbinlerindeki gelişmelerneticesinde son yıllardaki aerodinamik araştırmalar, düşük Re sayılıakımların kontrolü ve yüksek taşıma elde edilmesi gibi konularüzerinde yoğunlaşmaktadır. Bu tez çalışmasında, bu güncel konulardasayısal ve deneysel incelemeler yapılmıştır. İlk olarak simetrikNACA0012 kanat profili için flapsız olarak Re=3x$10^6$ iken sayısalbenzeşim yapılmış ve literatürdeki deneysel verilere yakınaerodinamik katsayılar elde edilmiştir. Daha sonra bu sonuçlarNACA2415 profili ile kıyaslanmış ve kamburluklu profilin aerodinamikkatsayılarının simetrik profilden yüksek olduğu görülmüştür. İkinciolarak düz flaplı NACA 0012 profilinin Re=3x$10^6$ iken sayısalbenzeşimleri gerçekleştirilmiş ve düz flaplı kanatların kullanımıile aerodinamik performansın arttığı, fakat bu artışın $\beta$=15°sınırına kadar olduğu görülmüştür. Sonra yarıklı flaplı NACA0012profili ele alınmış ve düz flaplı profilden daha fazla taşıma eldeedilmiştir. Üçüncü olarak, NACA22 slatlı NACA2415 profili elealınmış ve profil üzerinde Re=2x$10^5$ değerinde oluşan laminerayrılma kabarcığı slat kullanımı ile yok edilip aerodinamikperformans arttırılmıştır. Slatsız ve slatlı NACA2415 profilininsayısal benzeşimi için tam türbülanslı ve türbülansa geçiş modelleridenenmiş ve Re=2x$10^5$ iken akım fiziksel olarak bir geçiş akımıolduğu için türbülansa geçiş modelleri gerçeğe daha yakın sonuçvermiştir. Son olarak, NACA2415 profili üzerindeki laminer ayrılmakabarcığının üfleme veya emme sistemi ile kontrolünün sayısalbenzeşimi yapılmıştır. Bu sistemlerin sayısal benzeşiminde her ikitürbülansa geçiş modeli ile ayrılma kabarcığının öncesinde ve içindeüfleme veya emme jeti yerleştirildiğinde kabarcığın yok edildiği veaerodinamik performansın arttırıldığı görülmüştür.

Abstract:
As a result of development on micro air vehicles and wind turbines,aerodynamics research in the last decades has been increasinglyconcentrated on low Re number flow control and high lift production.In this thesis, experimental and numerical investigations relatedwith these subjects are presented. Firstly, a symmetrical NACA0012airfoil at Re=3x$10^6$ is simulated and aerodynamic coefficients areobtained that are similar to the experimental results in theliterature. Later, these results are compared with a camberedNACA2415 airfoil and it is shown that the aerodynamic coefficientsof this airfoil are higher than a symmetrical NACA0012 airfoil.Secondly, the NACA0012 airfoil with a plain flap is simulated atRe=3x$10^6$ and an increase of lift performance is shown up to$\beta$=15°. Then, the NACA0012 airfoil with a split flap is alsostudied and higher lift is obtained than a plain flap. Thirdly, theNACA2415 airfoil with a NACA22 slat is investigated at Re=2x$10^5$and a laminar separation bubble formation over the main airfoil iseliminated by using the slat and the aerodynamic performance isincreased. Numerical simulations of the NACA2415 airfoil with andwithout a slat are done using the transition and fully turbulentmodels and the transition models give better results than the fullyturbulent models as the flow at Re=2x$10^5$ is realistically atransition flow. Finally, a laminar separation bubble formation andits control with jet blowing or suction over the NACA2415 airfoilare numerically studied. It is shown that when the blowing orsuction jet is placed before bubble and center of bubble, theseparation bubble over the airfoil is eliminated using blowing orsuction with increasing aerodynamic performance in both transitionmodels in the simulation of these systems.