Rüzgar tünellerinde farklı hava hızlarında parçacık görüntüleme ve tohumlama sistemi tasarımı ve performans analizi
Development of trace particles and seeding of wind tunnel flow at different air velocities and performance analysis
Yazar: MİHCA ERDEM KÖKLÜ
Danışman: PROF. DR. TAHİR YAVUZ
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı / Enerji Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
İlgili araştırma, bir Ses Altı Rüzgar Tüneline bağlı PIV (Particle Image Velocity) sisteminin ve PIV'nin doğası uygun tohumlama mekanizması ve izleme sistemi kurgulanmıştır. ilgili çalışmada birleşik mekanizmanın gereksinimleri üzerinde durulmuştur. İlgili araştırma, akış içerisinde izleme sisteminde yer alacak optimum besleme partiküllerine karar verilmesi, hava akışı bölümlerindeki parçacıkların, sabit hızda beslenen hava akışı ile optimum verimlilikle ve tatmin edici şekilde çalışmasının sağlanması hedefleri ile PIV için gerekli elemanların tahsisi değerlendirilmiş ve doğru sonuçların eldesi için nelere dikkat edilmesi gerektiği irdelenmiştir. Sonuç bölümünde halihazırda yapılan bir çalışmada kullanılan tünel ölçüm PIV sonuçları, ANSYS Fluent ile gerçeklenebilir k-ε modeline göre valide edilmiştir. Valide edilen modelde sonuçlar arasındaki ortalama tutarsızlık tüm akış alanı değerlendirildiğinde yaklaşık %15,08 ve akış hızının 0,6 m/s den büyük olduğu bölgelerde yapılan ölçüm noktalarının ortalaması alındığında tutarsızlık %5,42 seviyesinde olduğu gözlemlenmiştir. Valide edilen akış koşulları ve sınır şartları, gelecekte devreye alınacak Rüzgar Tüneli'ne geometrisine aktarılmış ve ilgili tünelde test edilmesi planlanan CRM Uçak modeli, CFD Fluent hız vektörleri ile ön gövde ve kanat bölgelerinde hız değişimleri 0,05-0,40 Mach hız aralığında vektör görselleri elde edilmiştir. -/+0,5m/s hız aralığında, akış hızı arttıkça, vektörel hızların akış hızına oranla geometri yüzeyinde artmakta olduğu gözlemlenmiştir. CFD yazılımı aracılığıyla yapılan yaklaşımlar ile elde edilen sonuçlar, akış koşulları ve incelenen hız değerlerinde bir ön fikir vermekte, taslak geometrinin oluşturulması ve ön testlerinin gerçekleştirmesine aracı olmakta ancak deneysel veriler olmaksızın mevcut olgunluk seviyesinde tek başına tasarım girdisi olarak kabul edilmesinin risk barındırdığı tespit edilmiştir. CFD yazılımı aracılığıyla elde edilen veriler ile akış alanı, türbülans, girdap etkileri, dönüm noktaları, hız artış ve düşüş bölgelerinin tespitinde araç olarak ön tasarım faaliyetlerinde kullanılsa da mevcut olgunluk seviyesinde optimize edilen modelde nihai tasarımın dondurulması öncesi deneysel doğrulamanın gerekli olduğu görülmüştür.

Abstract:
In the relevant research, the PIV (Particle Image Velocity) system connected to a Subsonic Wind Tunnel and the seeding mechanism and monitoring system appropriate to the nature of PIV were designed. In the study, the requirements of the combined mechanism were emphasized. The relevant research has evaluated the allocation of the necessary elements for PIV, with the objectives of deciding on the optimum feed particles to be included in the flow monitoring system, ensuring that the particles in the air flow sections work with optimum efficiency and satisfactorily with the air flow fed at a constant speed, and what to pay attention to in order to obtain correct results to be necessary has been examined. In the results section, tunnel measurement PIV results used in a current study have been validated according to the k-ε model that can be implemented with ANSYS Fluent. In the validated model, it was observed that the average discrepancy between the results was approximately 15.08% when the entire flow area was evaluated, and 5.42% when the average of the measurement points in regions where the flow speed was greater than 0.6 m/s. The validated flow conditions and boundary conditions were transferred to the geometry of the Wind Tunnel to be commissioned in the future, and the CRM Aircraft model, which is planned to be tested in the relevant tunnel, was used with CFD Fluent velocity vectors and velocity changes in the front fuselage and wing regions in the 0.05-0.40 Mach speed range then images were obtained. It has been observed that in the -/+0.5m/s speed range, as the flow rate increases, the vectorial velocities increase on the geometry surface in proportion to the flow rate. The results obtained through approaches made through CFD software give a preliminary idea of the flow conditions and examined speed values, and are instrumental in creating the draft geometry and performing preliminary tests, but it has been determined that accepting it as a design input alone at the current maturity level without experimental data carries risks. Although the data obtained through CFD software was used in preliminary design activities as a tool for determining the flow field, turbulence, vortex effects, turning points, speed increase and decrease regions, it was seen that experimental verification was required before freezing the final design in the model optimized at the current maturity level.