Computational fluid dynamics simulations of high Reynolds number and complex aerodynamic flow fields
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Havacılık Ve Uzay Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: EZGİ ORBAY AKCENGİZ
Danışman: Nilay Sezer Uzol
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez, aerodinamik ve rüzgar mühendisli˘gi alanlarında, yüksek Reynolds sayılarındaki rüzgar türbini kanat profilleri ile prizmatik ve burulmu¸s formlara sahip yüksek binaların küresel gövdeli aerodinamik özelliklerine odaklanarak, SU2 açık kaynaklı hesaplamalı akı¸skanlar dinami˘gi (CFD) çözücüsü kullanılarak gerçekle¸stirilen CFD simülasyonlarıyla 2-B ve 3-B karma¸sık dı¸s akı¸s alanlarının kapsamlı bir incelemesini sunmaktadır. Bu simülasyonlarda kullanılan Krylov altuzay yinelemeli çözücülerinin performansı da ara¸stırılmı¸stır. SU2'nin büyük boyutlu do˘grusal sistemleri çözerken verimliliğini ve sağlamlığını artırmak amacıyla, iç içe (nested) Krylov tabanlı bir do˘grusal çözücü önerilmi¸s ve çe¸sitli test problemleriyle do˘grulanarak, SU2'de mevcut standart çözücüye kıyasla daha yüksek yakınsama hızı ve daha dü¸sük hesaplama maliyetiyle do˘gru sonuçlar verdi˘gi gösterilmi¸stir. Bu tez çalı¸sması öncelikle yüksek Reynolds sayılarındaki DU 00-W-212 rüzgar türbini kanat profili etrafındaki akı¸slara odaklanmaktadır. Ayrıntılı CFD simülasyonları, 2-B durağan analizlerden 3-B zamanla değişen simülasyonlara kadar hibrit IDDES türbülans modeli kullanılarak gerçekle¸stirilmi¸stir. Bu tür problemlerin RANS ve DDES tabanlı CFD analizlerindeki zorluklar belirtilmi¸stir. Yüksek Reynolds sayılarındaki kanat profili CFD simülasyonları için detaylı a˘g ba˘gımsızlık çalı¸sması prosedürü sunulmu¸s ve tartı¸sılmı¸stır. Üç farklı Reynolds sayısı için aerodinamik polarlar elde edilmi¸s ve geçi¸s, ayrılma ve stall gibi akı¸s alanı özelliklerine ili¸skin sonuçlar ayrıntılı ¸sekilde sunulmu¸stur. Önerilen iç içe Krylov tabanlı do˘grusal çözücü, 2-B ve 3-B CFD simülasyonlarında test edilmi¸stir. CFD kodlarında yaygın olarak kullanılan bir do˘grulama test vakası olan 3-B türbülanslı ve transonik ONERA M6 kanadı akı¸sı da do˘grulama vakası olarak kullanılmı¸stır. 3-B karma¸sık akı¸s alanlarına sahip yüksek binaların dura˘gan RANS CFD simülasyonları gerçekle¸stirilmi¸stir. Elde edilen sonuçlar, farklı rüzgar hızı ve yönü ko¸sulları altında METU RÜZGEM'de gerçekle¸stirilen rüzgar tüneli ölçümleriyle karşılaştırılmıştır. Standart ve iç içe Krylov altuzay doğrusal çözücülerinin hesaplamalı performansları, aerodinamik özellikleri tahmin etme doğrulukları ile hesaplama maliyeti, hızlanma ve yakınsama hızı üzerindeki etkileri açısından kar¸sıla¸stırılmı¸stır. ˙Iç içe Krylov tabanlı doğrusal çözücünün verimliliği ve sağlamlığı gözlemlenmiştir. Bu tez, yalnızca karma¸sık aerodinamik akış problemlerinin anla¸sılmasına katkı sa˘glamakla kalmayıp, aynı zamanda SU2 koduna iç içe Krylov do˘grusal çözücüsünün uygulanması yoluyla hesaplamalı verimlili˘gi artırarak, yüksek Reynolds sayılarındaki ve ayrılmalı akış alanlarına sahip karma¸sık aerodinamik problemlerin 2-B/3-B durağan ve zamana ba˘glı CFD simülasyonları için sağlam ve verimli bir doğrusal çözücü sunmaktadır.