Bir airfoil üzerindeki akış ayrılmasının kanat üzerine açılan boşlukla kontrolü

Abstract

Rüzgar türbini, jet motorları, hava taşıtları gibi geniş kullanım alanlarına sahip olan kanatlarının geliştirilmesi, kullanıldığı yerlerdeki verimliliğin arttırılması açısından önemlidir. Kanat verimliliğini arttırmaya yönelik yapılan çalışmalardan birisi kanat üstü akış araştırmalarıdır. Kanat üstü akış, özellikle kanadın farklı hız ve hücum açılarında kaldırma ve direnç karakteristiğinin belirlenmesi açısından önemlidir. Literatürde kanat üstü akışı kontrol edebilmek için yapılan çalışmalar aktif ve pasif kontrol yöntemleri olarak ikiye ayrılmıştır. Aktif akış kontrol yöntemleri akışı kontrol edebilmek için bir mekanizmanın kullanıldığı, pasif akış kontrol yöntemleri de akışın yüzey geometrisini kullanılarak uygulanan kontrol yöntemleridir.Bu çalışmada, pasif akış kontrol yöntemi kullanılarak 165 mm kiriş uzunluğuna sahip üç farklı kanat profilinde 2 boyutta deneysel ve nümerik akış analizi yapılmıştır. Kullanılan kanatlardan ilki standart NACA 0018 kanat profilidir. İkinci tip kanat, üst yüzeyine boşluk açılmış NACA 0018 profiline sahip kanattır. Son kanat profili ise kiriş hizasından firar kenarının %66'sı kesilmiş NACA 0018 kanat profilidir. Deneysel çalışmalarda analizi yapılan kanat profilleri alüminyumdan imal edilmiş olup, lazer ışığında parlamayı engellemek amacıyla mat siyah renkte boyanmıştır. Deneyler, kapalı çevrim çalışan açık su kanalında PIV(Parçacık Görüntülü Hız Ölçümü) yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deney sonucunda Re=20.000'de yüksek ve düşük hücum açılarında akış alanının zaman ortalamalı hız vektörleri, akım çizgileri ve girdap eş eğrileri elde edilmiştir. Nümerik analizler ise literatürde sık kullanılan HAD(Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) programlarından biri olan ANSYS Fluent 14.5 kullanılarak yapılmıştır. Tüm kanat profilleri Re=20.000 ve Re=100.000 sayılarında ve α=0o, 1o, 2o, 3o, 4o, 5o, 6o, 7o, 8o, 9o, 10o, 11o, 12o, 13o, 14o, 15o hücum açılarında analiz edilmiştir. Türbülans modeli olarak Standart k-ω modeli tercih edilmiştir. Analizler sonucunda kanat profillerine ait akım çizgileri ve basınç konturları aynı Re sayısı ve farklı hücum açılarında ve aynı hücum açıları ve farklı Re sayılarında görsel olarak karşılaştırılmıştır. Ayrıca kanat profillerinin kendi aralarında ve farklı profiller arasındaki kaldırma katsayısı C_L, direnç katsayısı C_D, ve kaldırma katsayısının direnç katsayısına oranı C_L/C_D grafikleri ve sayısal ifadeleri de literatüre sunulmuştur.

Improvement of airfoils widely used in such as wind turbine, jet engine, air vehicle etc. is important in terms of increasing of efficient in the place of use. Investigations of flow on airfoil are one of the researches aimed for increasing of airfoil efficiency. Flow on airfoil is important for the determination of drag and lift characteristic particularly in angle of attack and different speeds. In the literature, researches about controls of flow on airfoil are divided into two category as active and pasive flow control methods. While a mechanism is used in active flow control to control the flow, passive flow control is applied by using of the own geometry of the airfoil. In this study, three different type of airfoil having 165 mm cord length have been investigated in 2D both numerically and experimentally by using passive flow control method. First type of the airfoil is standard NACA 0018. The second one is NACA 0018 with cavity on upper surface. The last one is NACA 0018 removed %66 trailing edge to leading edge on upper surface. The airfoils utilized in the experimental researches have been manufactured from aluminium and painted matt black in order to avoid laser luminescence. The experiments were made in open water canal working close cycle by using of PIV(Particle Image Velocimetry) method. As result, vorticity contour, time oriented speed vectors and streamline images in Re=20.000 and low and high angle of attacks have been obtained from the experiments. Numerical analyzes were made by using of ANSYS Fluent 14.5 which is one of frequently used CFD(Computational Fluid Dynamic) softwares in the literature. All type of airfoils have been analiyzed at α=0o, 1o, 2o, 3o, 4o, 5o, 6o, 7o, 8o, 9o, 10o, 11o, 12o, 13o, 14o, 15o angle of attack and Re=20.000 ve Re=100.000. As turbulence model, Standart k-ω turbulence model was preffered. As result, Streamline and pressure contour imagines have been visually compared at some Re number and different angle of attack and at different Re number and sama angle of attack. Besides lift coefficient C_L, drag coefficient C_D and lift & drag coefficient ratio C_L/C_D graphics between the each other and the different airfoils are presented to the literature.