Cisimlerin daimi olmayan hareketinde akışkan reaksiyon kuvvetlerinin deneysel analizi

Abstract

Daimi olmayan harekete sahip sistemler (denizaltı, hava gemisi, paraşüt, torpido vs)' in hareket karakteristiklerinin elde edilmesi veya daimi olmayan bir akışkan hareketinin etkisinde bulunan sistemler (offshore structure, uzun ve yüksek asma köprüler, yüksek binalar va)'e etki eden kuvvetlerin analizlerinin yapılabilmesi için sistemler üzerine etki eden akışkan direnç kuvvetlerinin bilinmesi gerekir. Daimi olmayan harekette toplam akışkan direnç kuvveti, literatürde Korisan Denklemi diye adlandırılan, hızın karesi ile orantılı direnç kuvveti ile ilave akışkan kütlesinin ataleti olarak tanımlanan ivme ile orantılı kuvvetin toplamı olarak ifade edilebilmektedir. îlave akışkan kütlesi bazı basit geometriye sahip cisimler için potansiyel akış kav ramı altında hesaplanabilmektedir. Ancak gerçek akışkanlarda cismin yüzeyinde meydana gelen yüzeyden ayrılma olayları ve vorteks hareketleri nedeniyle potansiyel akış kavramı altında bulunan ilave akışkan kütle değerleri kullanılarak, daimi olmayan hareketlerde cisim üzeri ne etkiyen kuvveti tam olarak tanımlayabilmek mümkün olmamaktadır. Bu nedenle deneysel çalışmalara gerek duyulmuştur. Bu çalışmada bazı basit geometriye sahip cisimler için teorik ilave akışkan kütlelerinin hesaplanmasının yanında fabrik yarımküre Ve par çalı modellerin daimi olmayan hareketlerinde toplam direnç kuvvetinin hareket parametrelerine göre değişimleri deneysel olarak incelenmiştir. Toplam direnç kuvveti bir su tanla içinde suya tamamen gömülü modelin izafi hareketinde ölçülen kuvvet değerlerinden hesaplanmıştır, luodel su tankında hareketli bir araba vasıtasıyla su tankı tabanına paralel olarak çekilirken, piston-krank mekanizması ile modele çok küçük frekansta periyodik bir hareket verilmiştir. Burada top lam akışkan direnç kuvvetini hızın karesi ile orantılı kuvvet ve ivme ile orantılı kuvvet şeklinde ikiye ayırmak yerine, daimi olmayan hare kette kuvvet karakteristiklerini bulabilmek için, toplam akışkan direnç kuvveti katsayısı, CL » - '`- -Q-`, tanımlanarak, C * nin hare- R 1/2,pAV;(t). 2 R ket parametreleri olan Re, U/V, VD/V^ ve VD /vV'ye göre değişimi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre C` katsayısının cismin geometrisine, hareket doğrultusuna göre2degiştıği görülmüş ve sistemin özelliğine göre U/V, VD/V2 ve VD / v V gibi boyutsuz parametrelerin uygun bir korelasyon faktörü olabileceği görülmüştür. Ayrıca daimi olmayan harekette cismin hareketi ile cisim üzerine etki eden direnç kuvveti arasında bir faz farkının olduğu, ancak daimi hareketteki itme kuvveti katsayısı C ve ilave akışkan kütlesinin teorik değeri kullanılarak toplam kuvvetin sadece faz farkı ile ifade edilemeyeceği sonucuna varılmıştır.

Determination of the characteristics of motion of a system moving unsteadily in a fluid, such as, submarines, airship, parachute and torpedo etc, or to analyse the forces on the systems that influenced by an unsteady current, such as offshore structure, long bridge and high buildings, requires to know the fluid resistance forces acting on them. In literature, the total fluid resistance in unsteady motion is expressed by an equation, so called Morison equation, that is the sura of the forces proportional to the velocity squared and the forces which is defined the inertia of the apparent mass proportional to the acceleration of the body. The apparent mass of some simple bodies can be evaluated in the potential flow concept. But, in a real fluid, because of seperation that occurs on the body and vortex develops on it, using the potential flow value of the apparent mass, the total fluid resistance in unsteady motion can not be fully defined. Therefore, there is a need for experimental work to determine the total fluid resistance. In this study, with the theoretical evaluation of the apparent mass of some certain bodies, the total fluid resistances of fabric hemi spherical and cruciform models in unsteady motion were experimentally determined and their variations with the non-dimensional parameters of the motion, were analysed. Total fluid resistances v/ere calculated from forces measured during the relative motion of the model submerged in a water tank. While being towed through the water by the motion of the carriage the model can thus be oscillated harmonically at a low frequency along any line in the plane parallel to the tank bed. In order to determine the characteristics of the forces acting on the body in unsteady motion defining the total fluid resistance coef- ficient, as Gp - - ? ' '. - 0???, the variation of CL with the non- K 1/2 ç AV*(t) 2.? dimensional parameters, Re, U/V, VD/V and VD /VV were studied, instead of dividing the total fluid resistance into two'parts. Results show that the total fluid resistance coefficient, CL, depends on the geometry of the body, the direction of the motion and non-dimensional parameters U/V, VD/V and VD/VV. In addition, in unsteady motion, tkere is a time lag (phase lag) between the motion of the body and the forces acting on it. Conclusions drawn from this study are that; the total fluid resistance coefficient, CL, in unsteady motion, canibe expressed as functions of non-dimensional parameters, U/V, VD/V and VT^/VV and Introducing oonstant steady fluid resistance, coefficient, CL, and potential flov/ value of the apparent mass the total fluid resistence of the body can not be defined using phase lag only.