Bir silindir etrafındaki akışın ince kabuk vasıtasıyla düşük bir Reynolds sayısında kontrolü
Control of flow araund a cylinder by thin shell at a low Reynolds number
Yazar: TUĞBA SÜDÜPAK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERHAN FIRAT
Munzur Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, bir ince kabuğa sahip bir silindir etrafındaki akışın sayısal benzetimi gerçekleştirilmiştir. Çalışılan, silindir çapına (D) dayalı Reynolds sayısı (Re) Re=75'tir. Silindir bir ince kabuk tarafından çevrelenmiştir. İnce kabuğun üç adet açıklığı bulunmaktadır ve 0,005D'lik bir kalınlığa sahiptir. Açıklıklar arasındaki açılar eşittir. Şu muteakip geometrik karakteristiklerin etkileri incelenmiştir: kabuk üzerindeki üç eş-boyutlu açıklığın mesafesi, hücum açısı ve kabuk dış çapının silindir çapına oranı. Tüm sayısal tahminler için ticari hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) paket program olan Fluent® (Ansys®Academic Research CFD, Release 19.1) kullanılmıştır.

Kuvvet katsayılarının grafikleri, ince kabukların direnç düşürmede etkili olamadıklarını göstermiştir. Zaman-ortalamalı direnç katsayısında hafif bir düşüş (%4,5) olmaktadır fakat bu önemsizdir. İnce kabuk, KOK kaldırma katsayısını düşürmede oldukça yararlıdır. M03-11-21, KOK kaldırma katsayısını düşürmede en iyi performansı göstermiştir. RMS kaldırma katsayısı, tek silindir durumuna göre %41,5 düşürülmüştür. Bununla birlikte, ince kabuğun çalkantı direnç ve kaldırma katsayılarını eş zamanlı tetiklemede de gayet başarılı oluğu bulunmuştur. M05-11-20'nin KOK direnç ve KOK kaldırma katsayıları, sırasıyla, tek silindirinkilerden 16,3 ve 2,24 kat fazladır.

Kabuk ve silindir arası boşluğun, açıklıkların mesafesinin ve hücum açısının art izinde değişiklik açısından oldukça önemli olduğu not edilmelidir.

Abstract:
In the present work, numerical simulations of the flow around a cylinder with a thin shell are conducted. The Reynolds number studied, which are based on the cylinder diameter (D), was Re=75. The cylinder is covered with a thin shell. The thin shell has three openings on it and has a thickness of 0.005D. The angle between openings is equal. The influence of the following geometric characteristics was investigated: the width of three equal openings on the thin shell, the angle of attack, and the ratio of the outer diameter of the shell to cylinder diameter. The commercial computational fluid dynamics (CFD) package, Fluent® (Ansys®Academic Research CFD, Release 19.1), is employed for all numerical predictions.

Plots of force coefficients showed that thin shell is not found to be effective in drag reduction. There is a slight reduction in time-averaged drag (%4.5), but it is not significant. The thin shell is very beneficial to the reduction in RMS lift coefficients. Case M03-11-21 shows the best performance in terms of fluctuating lift force reduction. It is reduced by 41.5% compared to the single cylinder case. However, thin shell is found to be very effective in exciting fluctuating drag and lift forces simultaneously. RMS drag and RMS lift coefficients of the M05-11-20 are 16.3 and 2.24 times larger than those of the single cylinder, respectively. 

It must be noted that clearance between shell and cylinder, the width of the openings and angle of attack are very important in terms of wake modification.