Makina Mühendisliği Program - İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü

Ek_A1
Üniversitesi
: İstanbul Teknik Üniversitesi
Enstitüsü
: Fen Bilimleri
Anabilim Dalı
: Makina Mühendisliği
Programı
: Makina Mühendisliği
Tez Danışmanı
: Prof. Dr. Hasan GÜNEŞ
Tez Türü ve Tarihi
: Doktora – Haziran 2010
ÖZET
AKTİF AKIŞ KONTROLÜ İÇİN JET VE VORTEKS AKTÜATÖRÜNÜN
DENEYSEL VE SAYISAL ARAŞTIRILMASI
Sertaç ÇADIRCI
Bu doktora tezi çerçevesinde aktif akış kontrolü için geliştirilmiş olan jet ve vorteks
aktüatörü (JaVA) deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Aktif akış kontrolü
uygulamasının hava, kara ve deniz taşıtları ile akım makinalarının aerodinamik
performansını ve verimini arttırabileceği ve buna bağlı gürültü ve egzoz emisyonlarını
da azaltacağı bilinmektedir. Klasik aktif akış kontrolüne bir örnek olmak üzere cidar
yakınındaki sınır tabaka içerisinde hava jeti veya vorteks oluşturarak akışa ilave enerji
verilebilir, ve sınır tabakanın cidardan ayrılması geciktirilmiş olur. Böylece akışa karşı
koyan direnç kuvvetleri azaltılır, gürültü kaynakları ve istenmeyen daimi olmayan
çalkantılar en az düzeye indirgenebilir. Bu bağlamda, JaVA kaynaklı akış tipleri (farklı
yönlere doğru gelişen jetler, vorteks ve kaotik akışlar), önce durgun suda sonra su
kanalında akış görüntüleme ile gözlemlenmiş bu akışlar yöneten boyutsuz
parametrelerle ifade edilerek tanımlanmıştır. Daha sonra parçacık görüntüleme ile hız
ölçme (PIV) ile deneysel olarak hız vektörleri elde edilmiştir. Deney verileri gereken
durumlarda Kriging yöntemi ile iyileştirilmiş ve zenginleştirilmiştir. Ayrıca durgun
sudaki akış görüntüleme sonuçlarına optik akış hesap yaklaşımı uygulanmak suretiyle
akış alanları çıkarılmış ve zamana bağlı davranışları incelenmiştir. Deneyler ile gerek
durgun su tankında gerekse su kanalında ayrıntılı olarak incelenen JaVA kaynaklı akış
tiplerinin, Fluent ticari yazılımı ile sayısal modellemesi yapılmış ve su kanalında JaVAsınır tabaka etkileşimi değişik parametreler için ortaya konmuştur. Sayısal modelleme
ile elde edilen sınır tabaka hız profilleri, deneysel verilerle büyük ölçüde örtüşmüştür.
Ayrıca, sayısal modellemeler, akışı yöneten parametrelere bağlı olarak sınır tabaka
kalınlığı, öteleme kalınlığı, momentum kalınlığı, sürtünme katsayısı gibi sınır tabaka
karakteristiklerinin değişiminin anlaşılmasına ve yorumlanmasına olanak tanımıştır.
Anahtar Kelimeler: Aktif akış kontrolü, Jet ve vorteks aktüatörü (JaVA), Akış
görüntüleme, Parçacık görüntüleme ile hız ölçme (PIV), Sayısal Akışkanlar Dinamiği
Bilim Dalı Sayısal Kodu: 625.04.03
Ek_A2
University
: Istanbul Technical University
Institute
: Institute of Science and Technology
Science Programme
: Mechanical Engineering
Programme
: Mechanical Engineering
Supervisor
: Prof. Dr. Hasan GÜNEŞ
Degree Awarded and Date : Ph.D. – June 2010
ABSTRACT
EXPERIMENTAL AND NUMERICAL INVESTIGATION OF JET AND VORTEX
ACTUATOR FOR ACTIVE FLOW CONTROL
Sertaç ÇADIRCI
In this dissertation, a Jet and Vortex Actuator (JaVA) is investigated experimentally
and numerically. It is well known that active flow control (AFC) can improve the
performance and efficiency of aircrafts, vehicles and submarines as well as
turbomachinery. Using AFC, it is also possible to decrease noise and exhaust emissions.
A conventional example for active flow control might be to energyze the boundary layer
by creating jets or vortices thus delaying flow seperation and decreasing drag forces.
JaVA induced flows (e.g. various jets, vortices and chaotic flows) are visualized in still
water and then in a water channel to obain flow characteristics. Then they are
characterized by non-dimensional governing parameters. Next step was to obtain vector
fields using Particle Image Velocimetry (PIV). PIV data is smoothed and enhanced by
Kriging method when needed. In addition optical flow approach is applied to flow
visualizations to obtain PIV-like vector fields and detailed temporal behavior of JaVA
induced flow regimes in still water are demonstrated. After investigating JaVA-induced
flow regimes in still water tank as well as water channel appropriately, JaVA flows are
simulated with a commercial code Fluent to reveal JaVA-boundary layer interaction in
the water channel for various governing parameters. Boundary layer velocity profiles
obtained from numerical simulations agreed with those of experiments pretty well. On
the other hand, numerical modeling allowed us to understand the effect of JaVA and
interprete the variation of some boundary layer characteristics such as boundary layer
thickness, displacement thickness, momentum thickness and friction coefficient.
Keywords: Active flow control, Jet and vortex actuator (JaVA), Flow visualization,
Particle Image Velocimetry (PIV), Computational Fluid Dynamics
Science Code: 625.04.03