Simulation of 2-D flows over stationary and moving boundaries by discrete vortex method

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2022

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: GOLNESA KARIMIZINDASHTI

Danışman: ÖZGÜR KURÇ

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Ayrık Girdap Yöntemi kullanılarak geliştirilen bir hesaplama programıyla, sabit veya serbest hareket altında dairesel ve kare silindirler etrafındaki iki boyutlu düşük ila orta Reynolds sayılı akışlar incelenmiştir. Vortisite gradyanını simüle etmek için üç farklı difüzyon yöntemi, Rastgele Yürüyüş, Parçacık Değeri Değişimi ve Vortisite Yeniden Dağılımı yöntemleri kullanılmıştır. Bu difüzyon yöntemleri kullanarak sabit bir kare silindir üzerinden geçen Re = 200, 500, 1000 akışlar için elde edilen sonuçlar birbirleriyle ve önceki sayısal ve deneysel çalışmalardan toplanan kapsamlı verilerle karşılaştırılmıştır. Bu sonuçlar, RMS kaldırma ve ortalama sürükleme katsayıları, Strouhal sayısı ve taban basınç katsayısı cinsinden sunulmuştur. Ayrıca, kesit yüzeyi etrafındaki basınç dağılımının ortalama ve dalgalanmalarının yanı sıra iz özellikleri de sunulmaktadır. Bu üç yöntem arasında incelenen akış parametrelerini en yakın bulan ve kabul edilebilir bir sürede çözümleme olanağı sağlayan PSE yöntemi takip edilen çalışmalar için seçilmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında, dairesel ve kare silindirlere sabit rotasyon hızı verilmiş ve sabit rotasyon hızındaki artışın, akışı nasıl etkilediği incelenmiştir. Bir küt cisimi kendi ekseni etrafında döndürmeye maruz bırakmak, sürükleme kuvvetlerini etkili bir şekilde azaltır ve dalgalanan kaldırma kuvvetlerini bastırır. Her iki silindir de üniform bir akışa (Re = 200) ve dairesel silindir için 0 ≤ α ≤ 5.5 ve kare silindir için 0 ≤ α ≤ 5 sabit bir dönüş hızı aralığına maruz bırakılmıştır. Geliştirilen programla, girdap kopmalarının bastırılması için kritik bir rotasyon hızı literatürle uyumlu bir şekilde hesaplanabilmektedir. Her iki silinder de, ortalama kaldırma katsayısında sistematik bir artış ve ortalama sürükleme katsayısında genel bir azalan eğilim tespit edilmiştir. Dairesel silindir de yüksek rotasyon hızlarında girdap kopmaları yeniden ortaya çıkmış, kare silindirde ise, cismin arkasındaki izden bağımsız olarak gelişen, yakın cisim bölgesinde lokal iz oluşumu fark edilmiştir. Çalışmanın son aşamasında, akışkan-yapı etkileşimi üniform bir akışa (Re = 200) maruz kalan ve akışa paralel yönde hareket etmekte serbest olan dönen dairesel bir silindirin akış kaynaklı titreşimi inceleyerek araştırılmıştır. Bu çalışma, böyle bir durumun Ayrık Girdap Yöntemine dayalı olarak sonuçlarını bildiren ilk çalışmadır. Silindirin tepkisinde iki tür titreşim gözlenmiştir. Düşük genlikli, yüksek frekanslı titreşimlerle karakterize edilen birinci tip (VIV tipi titreşim), düşük dönüş hızlarında tespit edilmiştir. İkinci tip (galloping benzeri titreşim), daha yüksek dönüş hızı aralıklarının özelliği olan yüksek genlikli ve düşük frekanslı salınımlarla bağlantılıdır. Her titreşim bölgesi, belirli iz kalıpları ile karakterize edilmiştir.