Düzenli akımda tabana yakın yatay silindir yüzeyinde ve tabanda kayma gerilmesi dağılımlarının deneysel incelenmesi

Akım ile batmış durumdaki iki-boyutlu dairesel silindirlerin etkileşimi üzerindeki çalışmalar bu tür küt cisimlerin tasarımı için önem arzetmektedir. Silindir etrafındaki hız alanı hakkındaki bilgiler, akım-silindir etkileşimi problemlerindeki temel karakteristik özelliklerin anlaşılmasına önemli ölçüde yardımcı olmaktadır. Bu çalışmada, $Re_D$=840 ve 4150 olan iki-boyutlu, düzenli ve türbülanslı akımlarda, G/D=0.2, 0.3 ve 1.0 boşluk oranlarında batmış bir silindir etrafındaki akım hızları ölçülmüştür. Ölçülen hızlarla, silindir ve tabana dik doğrultularda hız profilleri çizilmiştir. Sınır tabakasındaki hız profillerinden, Newton’un viskozite kanunu kullanılarak silindir ve taban üzerinde kayma gerilmesi dağılımları hesaplanmıştır. Silindir ve taban üzerinde deneysel olarak bulunan hız profilleri ve kayma gerilmesi dağılımlarının incelenmesi sonucunda, G/D=1.0 boşluk oranı için, silindir etrafındaki akıma taban etkisinin ihmal edilebilir ölçüde küçüldüğü görülmüştür.

Experimental study of shear stress distributions on the surface of near-bed horizontal cylinder and on the bed in steady flow

The studies on the interaction of fluid flow with two-dimensional submerged circular cylinders are important for the design of such bluff bodies. The information related to the velocity field of affected flow region around the cylinder helps understand the basic characteristic features of flow-cylinder interaction problems. In this study, the velocity field of two-dimensional steady, turbulent flow with $Re_D$=840 and 4150 around an immersed horizontal, circular, smooth cylinder is measured for gap ratios of G/D=0.2, 0.3 and 1.0. Using the measured data, the velocity profiles on the cylinder surface and on the bed are drawn. From the boundary layer velocity profiles, the shear stress distributions on the surfaces of cylinder and bed are determined using Newton’s law of viscosity. Experimental results for velocity field around the cylinder and the wall shear stress distributions show that the wall effect on the flow becomes negligibly small when the gap ratio G/D=1.0.

___

1. Bearman,P.W., Zdravkovich,M.M., “Flow around a circular cylinder near a plane boundary”, Journal of Fluid Mechanics, 89, 33-47, 1978.
2. Zdravkovich,M.M., “Forces on a circular cylinder near a plane wall”, Applied Ocean Research, 7, 197-201, 1985.
3. Choi,J.H., Lee,S.J, “Ground effect of flow around an elliptic cylinder in a turbulent boundary layer”, Journal of Fluids and Structures, 14, 697-709, 2000.
4. Price,S.J., Sumner,D., Smith,J.G., Leong,K., Paidoussis,M.P., “Flow visualization around a circular cylinder near to a plane wall”, Journal of Fluids and Structures, 16, 175-191, 2002.
5. Sümer,B.M., Fredsoe,J. “Hydrodynamics around Cylindrical Structures”, World Scientific, Singapore, 1997.
6. Zdravkovich,M.M., “Flow Around Circular Cylinders, Vol. 1: Fundamentals”, Oxford University Pres Inc., New York, 1997.
7. Şahin,B., Akıllı,H. Öztürk,N.A., Karakuş,C., Kahraman,A., Akar,A., Yanıktepe,B., Özalp,C., Gürlek,C., “Akışkanlar mekaniği uygulamalarında parçacık görüntülemeli hız ölçme tekniği (PIV)”, ÇÜ Müh.-Mim. Fak. Dergisi, 18, 103-11, 2003.
8. Kırkgöz,M.S., Öner,A.A., “Yatay bir dairesel silindir etrafındaki akımda hız alanının deneysel ve teorik incelenmesi”, ÇÜ Müh.-Mim. Fak. Dergisi, 21, 85-98, 2006.
9. Kırkgöz,M.S., “Turbulent velocity profiles for smooth and rough open channel flow”, Journal of Hydraulic Engineering, 115(11), 1543-1561, 1989.