Düşük reynolds sayılı akışlarda kanat profili üzerinde türbülansa geçişin ve laminer ayrılma kabarcığının deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigations of transition to turbulence and laminar separation bubble over aerofoil at low reynolds number flows
Yazar: İLYAS KARASU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA SERDAR GENÇ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
İnsansız hava araçları ve rüzgar türbinlerindeki gelişmeler neticesinde son yıllardaki aerodinamik araştırmalar, düşük Re sayılı akımların ve bu akımlarda meydana gelen türbülansa geçiş ve laminer ayrılma kabarcığı konuları üzerine sayısal ve deneysel çalışmalaryoğunlaşmıştır. Bu tez çalışmasında, bu güncel konularda detaylı olarak deneysel ve sayısal incelemeler yapılmıştır. İlk olarak, düşük Re sayısı kanat profili olan NACA 2415 kullanılarak farklı düşük Reynolds sayılarında deneysel aerodinamik kuvvet ve katsayılarbelirlenmiştir. Tutunma kaybı açısı, 50 000 Re sayısında 12°, 100.000 Re sayısında 13°, 200.000 Re sayısında 14° ve 300.000 Re sayısında ise 15° iken CLmax değerleri sırasıyla 1.1, 1.26, 1.38 ve 1.52 olarak elde edilmiştir. Bunun yanında basınç dağılımı, yağ ile yüzey görüntüleme deneyleri ile laminer ayrılma kabarcığı net olarak belirlenmiş ve son olarak da sıcak-tel anemometresi ile hız ölçümleri ile türbülansa geçiş açıkça görülmüştür. Artan hücumaçısı ve Re sayısı ile laminer ayrılma kabarcığının uzunluğunun oldukça kısaldığı ve hücum kenarına doğru yaklaştığı da tespit edilmiştir. Deneysel çalışmanın ardından, deneylerle aynı şartlarda bir türbülans ve iki türbülansa geçiş modelleri ile sayısal çalışmalar yapılarak deneysel sonuçlarla kıyaslaması yapılmıştır. Kıyaslamalar sonucunda türbülansa geçiş modellerinin deneylere daha yakın sonuç verdiği fakat hala tam sonuç vermedikleri görülmüştür.

Abstract:
As a result of development on micro air vehicles and wind turbines, aerodynamics research in the last decades has been increasingly concentrated on low Re number aerodynamics, transition and laminar separation bubble. In this thesis, experimental and numerical investigations related with these subjects are presented. Firstly, the aerodynamics forces and coefficients were determined by using balance systems at different low Reynolds number in the experimental studies. According to balance system experiments, CLmax and stall angles were found following values; at 50 000 Re number CLmax=1.1, stall angle 12°, at 100 000 Re number CLmax =1.26, stall angle 13°, at 200 000 Re number CLmax =1.38, stall angle 14°, at 300 000 Re number CLmax =1.52, stall angle 15°. Moreover, pressure distributions, flow visualization by oil flow experiments and the velocity measurement by hot-wire anemometry were carried out. The transition and laminar separation bubble were clearly observed and good agreement with transition models. It was observed that length of the laminar separation bubble decreased with increasing Re number and angle of attack. Finally, the numerical studies were carried out using one turbulence model and two transition models and the numerical results were compared with experimental results. It was shown that the transition models were good agreement with the experiments, but these models should be improved.