Dikdörtgen bir kanaldaki farklı kavite geometrilerinin akışa etkilerinin deneysel ve sayısal incelenmesi

Yıl 2021, Cilt: 36 Sayı: 2, 627 - 640, 05.03.2021

Yücel Özmen , Erhan Aksu , Nurhan Gürsel Özmen

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.569773

Öz

Bu çalışmada, kavite geometrisindeki
değişikliğin akış alanına etkisi deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Üçgen, yamuk, dikdörtgen ve ters yamuk şeklinde
dört farklı kavite geometrisinde, akış doğrultusunda kavite yüzeyleri
boyunca basınç dağılımları ve kavite boşlukları boyunca ortalama hız ve
türbülans kinetik enerjisi dağılımları elde
edilmiştir. Re=100000 için elde edilen
sonuçlar, hem basınç dağılımlarının hem de hız dağılımlarının kavite
geometrisinden etkilendiğini göstermektedir. Kavitelerin ön kenarından itibaren
akış ayrılmakta ve kavite boşluklarında ters akış bölgeleri oluşmaktadır. Üçgen ve yamuk geometrilerde, kavite yüzeyleri boyunca
basınç katsayıları sinüsoidal bir dağılım göstermektedir. Dikdörtgen ve ters
yamuk geometrilerde ise, kavite tabanlarının orta bölümünde basınç katsayıları
negatif pik değerler almaktadır. Kavitelerde, serbest akış ile ters akış
arasındaki bölgelerde türbülans kinetik enerjisi artmaktadır. Realizable k-ε ve
Reynolds Stress türbülans modelleri kullanılarak zaman bağımsız olarak üç
boyutlu sayısal çözümlerin gerçekleştirildiği çalışmada, Reynolds Stress
türbülans modeli ile elde edilen sonuçların deneysel verilere daha yakın olduğu
görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Kavite akışı, basınç katsayısı, ortalama hız, türbülans kinetik enerjisi, türbülans modeli

Kaynakça

• 1. Özsoy E., Aslan A.R., Üç boyutlu bir kavite üzerindeki sıkıştırılamaz akışın sayısal bir yöntemle analizi, itüdergisi/d, 10 (3), 149-159, 2011.
• 2. Rockwell D., Naudascher E., Review self sustaining oscillations of flow past cavities, Journal of Fluid Mechanics, 100, 152-165, 1978.
• 3. Lee D.H., Sung H.J., Experimental study of turbulent axisymmetric cavity flow, Experiments in Fluids, 17, 272-281, 1994.
• 4. Chung K.M., Three dimensional effect on transonic rectangular cavity flows, Experiments in Fluids, 30, 531-536, 2001.
• 5. Grace S.M., Dewar W.G., Wroblewski D.E., Experimental investigation of the flow characteristics within a shallow wall cavity for both laminar and turbulent upstream boundary layers, Exp. Fluids, 36, 791-804, 2004.
• 6. Mesalhy O.M., Abdel Aziz S.S., El-Sayed M.M., Flow and heat transfer over shallow cavities, International Journal of Thermal Science, 49, 514-521, 2010.
• 7. Zdanski P.S.B., Ortega M.A., Fico Jr N.G.C.R., On the flow over cavities of large aspect ratio: A physical analysis, Int. Commun. Heat Mass Transfer, 33, 458-466, 2006.
• 8. Wiswanathan A.K., Squires K.D., Forsyth J.R., Detached eddy simulation of the flow over an axisymmetric cavity, 41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno-NV, United States06-09 January, 2003. 9. Suponitsky V., Avital E., Gaster M., On three dimensionality and control of incompressible cavity flow, Physics of Fluids, 17, 104103, 2005.
• 10. Lawson S.J., Barakos G.N., Review of numerical simulations for high speed turbulent cavity flows, Progress in Aerospace Sciences, 47, 186-216, 2011.
• 11. Gupta A., Roy S., Noise control of cavity flows for subsonic flows, 53rd AIAA Aerospace Sciences Meeting, AIAA SciTech, 1525, 2015.
• 12. D’yachenko A.Y., Terekhov V.I., Yarygina N.I., Vortex formation and heat transfer in turbulent flow past a transverse cavity with inclined frontal and rear walls, International Journal of Heat and Mass Transfer, 51, 3275-3286, 2008.
• 13. Özalp C., Pınarbaşı A., Şahin B., Experimental measurement of flow past cavities of different shapes, Experimental Thermal and Fluid Science, 34, 505-515, 2010.
• 14. Chang M.H., Cheng C.H., Predictions of lid-driven flow and heat convection in an arc-shape cavity, Int. Commun. Heat Mass Transfer, 26, 829–838, 1999.
• 15. Glowinski R., Guidoboni G., Pan T.W., Wall driven incompressible viscous flow in a two dimensional semi circular cavity, J. Comput. Phys., 216, 76-91, 2006.
• 16. Erturk E., Gokcol O., Fine grid numerical solutions of triangular cavity flow, Eur. Phys. J. Appl. Phys., 38, 97-105, 2007.
• 17. Doa T., Chen L., Tua J., Numerical study of turbulent trailing edge flows with base cavity effects using URANS, Journal of Fluids and Structures, 26, 1155–1173, 2010.