SeyrüseferSeyir DefteriMühendislik → 6:1 Uzatılmış Küre için HAD İncelemeleri - 20derece

6:1 Uzatılmış Küre için HAD İncelemeleri - 20derece

Seyir Defteri - Mühendislik
Pazartesi, 20 Nisan 2015

6:1 Elipsoit Etrafında AkışUzatılmış küre olarak da adlandırılabilecek elipsoitler geometrik olarak basit olmakla birlikte etraflarında oluşan akışın nitelikleri açısından son derece karmaşıktır. Akışkan dinamiği alanında üç boyutlu akış ayrılmaları en zorlu çalışma alanlarında birini teşkil eder.

Yoğun araştırmalara rağmen üç boyutlu ayrılmanın ve geçiş sürecinin fiziği günümüzde tam olarak anlaşılabilmiş değildir. Meselenin tam anlamıyla kavranamamış olması ve buna bağlı olarak uygun ve hassas modellerin de geliştirilememiş olması bu tür akışların etkin olarak HAD ile incelenebilmesinin önünde hâlen ciddi bir engel olarak durmaktadır.

Bu yönde yapılan yoğun araştırmaların bir parçası olarak çeşitli oranlarda (özellikle 6:1 ve 3:1) elipsoitlerin muhtelif hücum açıları için rüzgar tünellerinde incelenmesiyle elde edilen yayınlanmış deney verileri mevcuttur. Ayrıca söz konusu verilerle karşılaştırmalı olarak elde edilen pek çok HAD benzetimi çalışması da gerçekleştirilmiştir ve gerçekleştirilmeye devam etmektedir.

İncelemenin bu ikinci bölümünde ilk denemeler sonucunda elde edilen veriler doğrultusunda bazı türbülans modellerinin elenmesinden sonra 20 derecelik hücum açısında yeni benzetimler gerçekleştirilmiştir.

 

Uzunluk 2,40m
Çap 0,40m
Reynolds Sayısı 4,2e06
HA1 20derece
Önişlemci Gmsh 2.8.5
Çözücü OpenFOAM 2.3.1
Algoritma Simple
Sonişlemci Paraview 4.1
Hesap Çizelgesi Gnumeric 1.12.9
İşletim Sistemi Gnu/Linux - 3.13.0-49

Çizelge.1) Benzetim modeli ve çözüm ile alâkalı bazı veriler.

 

10 derece için gerçekleştirilen ilk çalışmadan sonra bu kez OpenFOAM tarafından sağlanan yüksek-Re türbülans modellerinden;

  1. kOmegaSST
  2. LienCubicKE
  3. realizableKE
  4. SpalartAllmaras

tercih edilmiştir. Kullanılan çözüm ağı ile ilgili veriler ilk bölümde açıklandığı gibidir. Şimdi HA=20derece için elde edilen sonuçların kısaca değerlendirmesine geçilirse;

 

6:1 Elipsoit için 20 derecede hesaplanan kuvvet katsayıları

Resim.1) HA=20 derece için denenen türbülans modelleri ile elde edilen moment, direnç ve kaldırma katsayıları.

 

Aslında bu çalışmada elde edilen kuvvet katsayılarının (resim.1) çok fazla bir ehemmiyeti yok. Yine de kullanılan türbülans modellerinin yeteneklerini karşılaştırabilmek ve bu tür bir akış için davranışlarını daha iyi anlayabilmek için bu veriler bazı talî faydalar sağlayabilir. İlave olarak benzer HAD temelli diğer çalışmalarla yapılacak bazı karşılaştırmalar için de kullanılabilir.

Kısaca değerlendirmek gerekirse kOmegaSST ve realizableKE modelleri için elde edilen bütün kuvvet katsayıları hemen hemen eşittir. SpalartAllmaras bu iki türbülans modelinden biraz farklı değerler sağlarken LienCubicKE her üç modele göre de belirgin derecede farklılık göstermiştir.

 

6:1 Elipsoit için 20 derecede x=0,600L kesitinde basınç katsayıları

Resim.2) HA=20 derece için denenen türbülans modelleri ile x=0,600L kesiti üzerinde elde edilen basınç katsayısı dağılımları. 0 derece rüzgâraltı tarafındaki, 180 derece ise rüzgârüstü tarafındaki merkez hattını ifade etmektedir. Karşılaşacağınız diğer benzer çalışmalarda ise bu gösterimin tersi kullanılmıştır! Başka bir ifadeyle terslik bendedir.

 

6:1 elipsoit deneylerinde ölçülen başlıca değişken cisim yüzeyindeki basınç değerleridir. Özellikle rüzgâraltı tarafındaki akış şartları gayet karmaşık olduğu için bu bölgelerde gerçekleştirilen basınç ölçümlerinin benzetim sonuçlarıyla karşılaştırılması yapılan benzetim çalışmalarında elde edilebilen doğruluk seviyelerinin belirlenebilmesi için önemli göstergelerden biri olarak kabûl edilebilir.

Cisim üzerinde x=0,600L ve x=0,772L (bu çalışma için L=2,40m) düzlemlerindeki enine kesitlerde hesaplanan basınç katsayısı değerleri, elde edilen deney sonuçlarıyla karşılaştırabilmek için resim.2 ve resim.3'de sunulmuştur.

Görüldüğü gibi asıl ilgi alanımız olan rüzgâraltı tarafında; yaklaşık olarak 0-60derece civarında en iyi çözüm LienCubicKE tarafından sağlanmıştır. kOmegaSST ve realizableKE hemen hemen aynı sonucu vermiştir. SpalartAllmaras ise bu tür bir inceleme için yetersiz olarak değerlendirilebilir Bazı düzeltmelerden sonra SpalartAllmaras ile daha iyi sonuçlar elde edilebildi. Bu sebeple çalışmanın yüksek-Re örgülerle devam edecek sonraki bölümünde artık SpalartAllmaras kullanılmayacaktır. Yine de alçak-Re incelemelerine sıra geldiğinde tekrar denenebilir.

 

6:1 Elipsoit için 20 derecede x=0,772L kesitinde basınç katsayıları

Resim.3) HA=20 derece için denenen türbülans modelleri ile x=0,772L kesiti üzerinde elde edilen basınç katsayısı dağılımları. 0 derece elipsoitin rüzgâraltı tarafındaki, 180 derece ise rüzgârüstü tarafındaki merkez hattını ifade etmektedir.

 

Şunu göz önüne almak gerekir ki burada karşılaştırma için kullanılan deney verileri türbülans tetiklemeli olarak elde edilmiştir, benzetimde ise en azından şimdilik böyle bir yaklaşım kullanılmamıştır. Ayrıca deneylerde cisim kıç tarafındaki bir iğne sabitlenmiştir fakat benzetimlerde akışkan içinde havada asılı durmaktadır. Bu gibi etkenler cisim etrafında oluşan gerçek akış ile deneyin karşılaştırmasında bir miktar farklıklara sebep olabilir. İlave olarak elde edilen deney sonuçlarında da sapmalar ve bir miktar hatalar mevcuttur.

İlk bölümde de belirtildiği gibi bu hesaplarda örgü için ortalama yArtı değeri 30'un biraz altında kalmıştır. Bu durum kullanılan duvar fonksiyonlarının sınırlarını fazla zorladığından bilâhare yArtının biraz daha yükseltilerek duvar fonksiyonlarına bağlı olarak daha iyi bir sonuç elde edilip edilemeyeceği incelenecektir.

Tabii ki böyle yüksek hücum açılarında duvar fonksiyonlarıyla elde edilebilecek hassasiyetin gayet sınırlı olabileceği belirtmek gerekir. Fakat bu çalışmadaki temel amaçlardan biri çok güçlü bilgisayar donanımlarına ihtiyaç duymadan problemi olabildiği kadar küçük ve aynı zamanda elde edilebilecek hassasiyeti de yüksek tutmaya çalışmak olduğundan şimdilik yüksek-Re modelleriyle denemeler yapılmaya devam edilecektir.

 

6:1 Elipsoit - Sürtünme Katsayısı

Resim.4) Dört türbülans modeli için hesaplanan rügâraltı yüzeyindeki sürtünme katsayıları. Akış yönü yukarıdan aşağı.

 

Üçüncü bölümde daha yüksek yArtı, biraz daha iyi bir örgü ve belki biraz daha yüksek bir çözünürlük ile SpalartAllmaras haricindeki diğer üç model ile devam edilmesi düşünülüyor. Belki bazı sınır şartları ve çözücü ayarları ile de denemeler yapılabilir. Ayrıca 3B modelin kıçına deney sonuçlarıyla daha iyi bir benzeşim elde edebilmek için iğne de ilave edilebilir vesaire...

 

A summary of this page is available in English

 

♦ Açıklamalar

1. HA: Hücum Açısı [geri]

♦ Kaynaklar

1. The Prolate Spheroid Separates Turbulence Models, 2005, Sung-Eun Kim
2. Steady Flow Over a 6:1 Prolate Spheroid - http://www.dept.aoe.vt.edu/~simpson/prolatespheroid/
3. Mean Velocity and Turbulence Measurements of Flow around a 6 : 1 Prolate Spheroid,  1991, K. M. Barber - R. L. Simpson
4. Unsteady Flow Over a 6:1 Prolate Spheroid, 1996, Todd G. Wetzel - http://www.aoe.vt.edu/research/facilities/dyppir/dyp_diss.html
5. Three-dimensional Boundary Layer and Flow Field Data of an Inclined Prolate Spheroid, 1993, H. P. Kreplin
 







Telif Hakkı © 1997-2017 [uskudar.biz] - sürüm 5.5.1 - Bütün Hakları Saklıdır. Kullanım şartları için tıklayın!
Joomla! GNU/GPL lisansı altında özgür bir yazılımdır.