Hidrofoil savak akımının deneysel ve sayısal analizi

Abstract

Açık kanal içerisine yerleştirilmiş NACA0018, NACA0021 ve NACA0024 hidrofoil savak yapıları üzerinden geçen türbülanslı akımın karakteristik özellikleri farklı akım koşullarında deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Akım alanındaki hızlar Lazer Doppler Anemometresi ve Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçüm Tekniği ile ölçülmüştür. Akımın hareketini idare eden temel denklemler, ANSYS-Fluent programı yardımıyla, Standard k-e, Renormalization group k-e, Realizable k-e, Modified k-w, Shear Stress Transport ve Reynolds Stress Model türbülans modelleri kullanılarak sayısal olarak çözülmüştür. Türbülans modellerinin performansı Ortalama Karesel Hata yöntemi ile niceliksel olarak test edilmiştir. Akımın su yüzü profilleri Akışkan Hacimleri Yöntemi ile sayısal olarak hesap edilmiştir. Farklı akım ve yapı koşullarında deneysel ve sayısal akım ve hız profilleri, türbülans karakteristikleri, yapı üzerindeki basınç dağılımları ve hidrofoil savaklar için deneysel debi katsayıları belirlenmiştir. Deneysel ve sayısal bulguların karşılaştırılmasından, her üç hidrofoil savak için de Standart k- modelinin hız ve akım profillerinin belirlenmesinde en başarılı türbülans modeli olduğu görülmüştür.

The characteristics of turbulent flow over the NACA0018, NACA0021 and NACA0024 hydrofoil weirs placed in an open channel are investigated experimentally and numerically for different flow conditions. The velocity fields of hydrofoil weir flows are measured by Laser Doppler Anemometer and Particle Imaging Velocity Measurement Technique. The governing equations of the flow are solved by ANSYS-Fluent program using Standard k-e, Renormalization group k-e, Realizable k-e, Modified k-w, Shear Stress Transport and Reynolds Stress Model turbulence models. Performance of the turbulence models are quantitatively determined with the Mean Square Error method. The free surface profiles of the flow are calculated numerically by Volume of Fluid method. The experimental and numerical velocity and free surface profiles, turbulence characteristics, pressure distributions on weirs surface and experimental discharge coefficients are determined for different structure and flow conditions. From the comparison of experimental and numerical findings, Standard k- model is found the most successful turbulence model in predicting the velocity and flow profiles for all hydrofoil weirs.