Aerofoil kanatlarda 2-boyutlu vizkoz akış incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, Sonlu farklar tekniği kullanılarak, sıkıştırılamaz bir akışkan için tek silindirik tüp, tüp bankası, tek aerofoil kanat ve bir eksenel türbinde kaskat kanat üzerinde akış incelenmesi yapılmıştır. Çalışma, akışkanın daimi akış ve subsonic hız kabulü allında gerçekleştirilmiştir. Kullanılan nümerik teknik, Dr. M. W. Johnson (1990) tarafından Liverpool Üniversitesinde geliştirilen Kararlı, Sıkıştırılamaz ve Laminer alamda Süreklilik ve Navier-Stokes denklemlerinin Akım Fonksiyonu- Vorticity metoduyla çözümünden ibarettir. Uygulaması yapılan geometrik düzlemlerin farklı Reynolds sayılarında (10, 100, 500, 1000, 5000, 10000) performansları nümerik olarak test edilmiş olup elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Literatürde geniş bir şekilde incelenmekte olan kompleks geometriler üzerindeki akış esasları, sistemin performans kriterini artırmak amacıyla önem kazanmaktadır. Türbülans, bilindiği üzere karşımıza enerji kayıpları olarak çıkmaktadır. Bu nedenle akış fiziği esasına dayalı türbülans incelemesindeki amaç kayıpların direkt olarak gözlemlenmesi şeklinde yorumlanabilir. Bu bilgiler ışığı altında, yaygın pratik uygulaması olması sebebiyle seçilmiş olan silindir ve aerofil kanat gibi, 2-boyutlu geometrik cisimlerin üzerinde yapılan türbülans çalışması bu tür sistemlerin yeniden dizayn çalışmalarında iyi bir referans olacağıdüşünülmektedir. Yukarıda belirtilen amaç doğrultusunda nümerik çalışmaya basit bir giriş olması sebebiyle silindirik tüp üzerindeki akış incelenmesiyle başlanmış ve bu çalışmadan elde edilen sonuçlarla programın doğruluğu daha önceki çalışmalarla karşılaştırılarak test edilmiştir. Aynı paralellikte çalışma kaskat kanatlar üzerinde gerçekleştirilmiştir. Kaskat kanatlar üzerinde yapılan çalışmadan elde edilen sonuçlar, rotor ve stator kanatlan arasında oluşan sıkışmanın ve bu sıkışmanın vorteks hareketine etkisi net olarak görülmektedir. Ayrıca Reynolds sayısının kaskat kanatlar üzerindeki akışa etkisi izlenmiş olup yüksek Reynolds sayılarında oluşan viskoz hareketler sonucu pasaj ve kanat izi etkileşimleri görülmektedir. Yani Reynolds sayısı arttıkça pasaj vorteklerinin çapı artmakla birlikte akışda düzensizlik oluşmaya başlamaktadır. Bu çalışma sonucu elde edilen akım fonksiyonu ve 2-boyutlu hız vektörlerinin detaylı incelenmesi sonucu yönsel oluşan türbülans miktarlarının eldesi ile yeni tasarlanılabilecek daha sonraki çalışmalara referans olabileceği bir gerçektir.

In this study, the flow around the single circular cylinder, tube banks, aerofoil blade and a axial turbine have been investigated using finite difference computational technique for steady incompressible viscid flow approach. The Computational Technique used is a stream function-vorticity formulation of the Laminar flow steady state incompressible continuity and Navier-Stokes equations developed by Dr.M.W. Johnson (1990) at Liverpool University. Loss generation and 2-D flow behaviour at the stator-rotor stage were computed at steady flow by solving Navier stokes equations. Computation of the geometrical surfaces was repeated for various Reynolds numbers (10, 100, 500, 1000, 5000, 10000). The complex geometric surfaces has been widely investigated in literature on flow phenomena which is played important role on its performance. Turbulence, as is known meaning of the energy losses. In that case, investigation of the flow physics based on the turbulence, could be interpret as the energy losses of system. In the light of this point, owing to widely practical use for circular cylinder and aerofoil blades flow investigation has been led to new design. At the direction of above mentioned aim, computational work has started from the circular cylinder for to check basic results, and carried out for aerofoil blade and cascade blades. The result of cascade blades shown that there was expansion between the stator and the rotor blades which is resulted the vortexmotion. The effect of Reynolds number on the cascades has been investigated, the blade trace and the passage vortex has increased with high value of Reynolds number. In other word, increasing of Reynolds number has resulted the passage vortex core size and started un-uniformity on the passage flow. The result of this study suggest that the turbulence intensities could be calculated on the base of stream function and 2-D velocities for the axial turbine and mis could be to take into account of the new design approaches.