Küt cisimler aerodinamiği ve vorteks-shedding olayının deneysel incelemesi

Abstract

ÖZET Küt cisimler etrafındaki akım parametreleri son derece karmaşık olup, bu konuda birçok çalışma yapılmasına rağmen çok az şey bilinmektedir. Enerji korunumunun önemi nedeniyle, son zamanlarda küt cisim akışları konusu üzerinde önemle durulmaktadır. Büyük yapılar, rüzgar kaynaklı büyük genlikli titreşimlerden sakınılacak şekilde dizayn edilmiş olmalıdır. Küt cisimler ve yapılar etrafındaki rüzgar akımı, bu cisimler etrafında bir basınç dağılımı meydana getirmektedir. Bu basınçlar, cisme zarar verebilen veya rahatsız edici bir şekilde titreştirebilen kuvvetler üretecek şekilde, cismin yüzeyi boyunca rol oynamaktadırlar. Mühendisler 19. yy süresince dizaynlarında rüzgarın etkisini hesaba katmaya başlamışlardır. Küt cisim etrafındaki akım parametreleri, türbülans şiddeti ve vorteks kopmaları sistemde dinamik zorlamalar meydana getirir. Vorteks kopması, dairesel veya dikdörtgen kesitli küt cisimler ile yüksek hücum açılarında kanat veya plakalar etrafında meydana gelen önemli bir olaydır. Vorteks kopması vasıtasıyla üretilen çalkantılı kuvvetler, doğal frekanslarında yapılarda titreşimlere sebep olabilmektedir. Bu bakımdan vorteks kopmasının araştırılması, aerodinamik kuvvetler, yapısal titreşim ve türbülans karışımı açısından son derece önemlidir. Bu çalışmada, Reynolds sayısının 1x1 04 ile 1.5x1 05 aralığında (kritik altı akım), yüzeyden ayrılma noktasının yerinin Reynolds sayısı ile değiştiği dairesel kesitli silindir ile yüzeyden ayrılma noktasının yerinin hemen hemen sabit olduğu en/boy oranı 0.5^w/hi2 olan dikdörtgen kesitli silindirler etrafında akım parametreleri ve basınç dağılımı deneysel olarak incelenmiştir. Bundan başka, özellikle türbülans kararsızlığı (instability) olayına etkili parametrelerin belirlenmesi için dairesel kesitli silindirin ve değişik hücum açılarında dikdörtgen kesitli silindirlerin arkalarındaki iz (wake) bölgelerinde spektral ölçümler yapılmıştır. Bu ölçümler neticesinde, iz bölgesinin değişik x,y konumlarında spektral yoğunluk, güç spektrum, otokorelasyon ve kroskorelasyon dağılımları elde edilmiştir. Vorteks-kopması (vortex- shedding) olayının hangi konumlarda meydana geldiği, model cinsine ve akım şartlarına bağlı olarak tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler : Küt Cisim, Vorteks kopması, Küt Cisim Aerodinamiği, îz Bölgesi, îz Akışı, Yüzeyden Ayrılma

SUMMARY THE EXPERIMENTAL STUDY OF THE BLUFF BODY AERODYNAMICS AND VORTEX SHEDDING BEHAVIOUR Flow parameters around bluff-bodies are too complex. In spite of many investigation on this subject nave been made, relatively little is known about them. The subject of bluff-body flows has recently been receiving a great of attention, because of its importance for energy conservation. Large structures must be designed so as to avoid wind-induced large-amplitude oscillations. Wind flowing around bluff bodies and structures results in a distribution of pressure to produce mean and local forces which may damage or uncomfortably vibrate the body. Engineers began to incorporate the influence of the wind in their designs during nineteenth century. Flow parameters around bluff-bodies, turbulence intensity and vortex-shedding create dynamic forces on the system. Vortex-shedding is an important phenomenon which occurs around circular or rectangular cylinders and airfoils or plates inclined at high angles of attack. Fluctuating forces which are produced from vortex shedding, may vibrate structures in their nature frequencies. For these reasons, the investigation of vortex shedding around bluffbodies is important for aerodynamic forces, structural vibration and turbulent mixing. In this study, flow parameters and pressure distrubition around circular cylinders which the separation points change with Reynolds number and rectangular section cylinders with different aspect ratios in the range 0.5^w/h^2, which the separation points are almost fixed, are experimentally investigated in the Reynolds number ranging from lxl 04 to 1.5x1 05 (in the subcritical region). Furthermore, to determine parameters which influence on the turbulence instability, spectral measurements have been made in the wake of the circular cylinder and the rectangular cylinder with different angles of attack. From these measurements, the distributions of spectral density, power spectrum, auto-correlation and cross-correlation in the wake of models were determined. Vortex shedding behaviour depending on the models and flow parameters were obtained. Key- Words : Bluff Body, Vortex-Shedding, Bluff Body Aerodynamic, Wake, Wake Flow, Seperation VI