Sercan DOĞAN, Muammer ÖZGÖREN, Abdulkerim OKBAZ, Beşir ŞAHİN, Hüseyin AKILLI

Serbest yüzey ve bir küre art izi arasındaki etkileşimlerin araştırılması

Bu çalışma, küre çapına göre tarif edilen Reynolds sayısının 2,5x103 ve 1x104 aralığında farklı daldırma yükseklikleri için açık bir su kanalında serbest su yüzeyi ve kürenin art izi bölgesi arasındaki akış yapısı etkileşimini sunmaktadır. Anlık ve zaman ortalaması alınmış hız alanı, akım çizgisi topolojisi, girdaplar ve hız konturları gibi akış modellerini göstermek için Parçacık Görüntülemeli Hız ölçme (PIV) ve boya görselleştirme teknikleri uygulanmıştır. Küre, serbest yüzeye kısmen daldırılma konumundan serbest yüzeyden iki küre çapı kadar aşağı doğru çeşitli daldırma konumlarına 0,25£ h/D £3,0 aralığında sabitlenmiştir. Daldırma oranı, küre alt kolunun serbest yüzey ile olan mesafesinin küre çapına oranı olarak tanımlanmıştır. Kürenin yerleştirildiği konumlara bağlı olarak, art izi bölgesinin özellikleri üç farklı akış olayı sergilemiştir. Bunlar; daldırma oranı 0,25£ h/D £1,0 aralığı için üniform akış bölgesi ve serbest yüzey arasındaki kısıtlı bir art izi bölgesi, daldırma oranı 1,25£ h/D £2,0 aralığı için serbest yüzey etkisinden dolayı simetrik olmayan akış modelleri ve daldırma oranı 2,5£ h/D £3,0 aralığı için simetrik akış yapıları olarak sınıflandırılmıştır. Akış fiziği açısından bahsedilen akış yapıları için daha detaylı sonuçlar karşılaştırılmalı olarak sunulmuş ve yorumlanmıştır.

Anahtar Kelimeler:

Girdap, küre, parçacık görüntülemeli hız ölçümü, serbest yüzey, türbülanslı akış

PDF

___

1. Achenbach E., Vortex shedding from spheres, J. Fluid Mech., 62 (2), 209-221, 1974.
2. Taneda S., Experimental Investigation of Vortex Streets, J. Phys. Soc. Jpn., 20 (9), 1714-1721, 1965.
3. Nakamura I., Steady Wake behind a Sphere, Phys Fluids, 19 (1), 5–8, 1976.
4. Sakamoto H., Haniu H., A study on vortex shedding from spheres in a uniform flow, J Fluids Eng., 112, 386–392, 1990.
5. Sheridan J., Lin J.C., Rockwell D., Metastable states of a cylinder wake adjacent to a free surface, Phys. Fluids, 7 (9), 2099–2101, 1995.
6. Hoyt J.W., Sellin R.H.J., A comparison of the tracer and PIV results in visualizing water flow around a cylinder close to the free surface, Exps. Fluids, 28 (3), 261–265, 2000.
7. Sheridan J., Lin J.C., Rockwell D., Flow past a cylinder close to a free surface, J. Fluid Mech., 330, 1–30, 1997.
8. Hassanzadeh R., Şahin B., Özgören M., Large eddy simulation of free surface effects on the wake structures downstream of a spherical body, Ocean Eng., 54, 213–222, 2012.
9. Yun G., Kim D., Choi H., Vortical structures behind a sphere at subcritical Reynolds numbers, Phys Fluids, 18 (1), 2006.
10. Jang II Y., Lee S. J., PIV analysis of near-wake behind a sphere at a subcritical Reynolds number, Exp. Fluids, 44 (6), 905-914, 2008.
11. Ozgoren M., Dogan S., Okbaz A., Sahin B., Akilli H., Passive Control of Flow Structure Interaction between a Sphere and Free-Surface, EPJ Web of Conferences, 25 (01065), 1-16, 2012.
12. Ozgoren M., Dogan S., Okbaz A., Sahin B., Akilli H., Comparison of Flow Characteristics of Different Sphere Geometries Under the Free Surface Effect, EPJ Web of Conferences, 45 (01022), 1-10, 2013.
13. Ozgoren M., Flow Structure in the Downstream of Square and Circular Cylinders, Flow Meas. Instrum, 17 (4), 225-235, 2006.
14. Doğan S., Küre serbest yüzey etkileşimiyle oluşan akış yapısı ve kontrolünün deneysel incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Selçuk Üniversitesi, Konya, 2013.
15. Triantafyllou G.S., Dimas A.A., The low Froude number wake of floating blufjf objects, Internal Report MITSG89-5, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, 1989.
16. Triantafyllou G.S., Dimas A.A., Interaction of two-dimensional separated flows with a free surface at low Froude numbers, Phys. Fluids, 1 (11), 1813–1821, 1989.
17. Fornberg B., Steady viscous flow past a circular cylinder up to Reynolds number 600, J. Comput. Phys, 61 (2), 297-320, 1985.
18. Yu D., Tryggvason G., The free surface signature of unsteady two dimensional vortex flows, J. Fluid Mech., 218, 547–572, 1990.
19. Miyata H., Shikazono N., Kani M., Forces on a circular cylinder advancing steadily beneath the free-surface, Ocean Eng., 17 (1-2), 81–104, 1990.
20. Reichl P. J., Hourigan K., Thompson M. C., Flow Past a Cylinder Close to a Free Surface, J. Fluid Mech., 533, 269-296, 2005.
21. Zhu C., Liang, S. C., Fan L.-S., Particle wake effects on the drag force of an interactive particle, Int. J. Multiphase Flow, 20 (1), 117-129, 1994.
22. Tunçer O., Kahraman S., Kaynaroğlu B., Investigation of flow past a swirl vane with the PIV technique, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31 (4), 833-838, 2016.
23. Aküzüm M., Aygün C., The effect of shape factor on the drag coefficient of spin stabilized bullets by experimental and numerical analyses, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31 (2), 255-262, 2016.
24. Zafer B., Coşgun F., Aeroacoustics investigation of unsteady incompressible cavity flow, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31 (3), 665-675, 2016.
25. Zhao H., Liu X., Li D., Wei A., Luo K., Fan J., Vortex dynamics of a sphere wake in proximity to a Wall, Int. J. Multiphase Flow, 79, 88-106, 2016.