Kanat Profili-Silindir Konfigürasyonunun Aerodinamik ve Aeroakustik Performansının Sayısal Analizi

Fanlar, rüzgâr ve su türbinleri gibi birçok akım makinesinde ve uçak gövdesi bileşenlerinde akışın fiziğinin ve akustik performansının anlaşılmasında, kanat profilisilindir konfigürasyonlarının akış performansından yararlanılmaktadır. Silindirin arkasında meydana gelen kayma tabakası ayrılmaları ve Von Karman girdapları, kanat girişinde parçalanmakta ve birçok küçük yapı meydana getirmektedir. Ortaya çıkan akış-katı yüzey etkileşimine bağlı olarak gürültü ve titreşim meydana gelmektedir. Akım makinelerinde geniş bant gürültüsünün en önemli sebebi, türbülanslı akış ve stator kanat giriş ucu etkileşimidir. Bundan dolayı akım makineleri gürültüsünün analizi için, kanat profili-silindir konfigürasyonu modellemesi yapılır. Bu çalışmada, kanat profili dairesel silindirin iz bölgesine yerleştirilerek sayısal simülasyonlar yapılmıştır. Simülasyonlar için Large Eddy Simulation (LES) metodu kullanılmıştır. Sayısal sonuçlar literatürdeki deneysel çalışmalar ile karşılaştırılarak sonuçlar doğrulandıktan sonra, farklı çaplardaki silindirler için simülasyonlar yapılarak, silindir çapının girdap oluşum bölgesi, akış birleşme noktası, akış ayrılma noktası, basınç dağılımı ve ses basınç seviyesi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, Strouhal sayısındaki artış ile ses basınç seviyelerinin yükseldiğini göstermiştir.

Numerical Investigation of Aerodynamic and Aeroacoustic Performance on Rod-Airfoil Configuration

Flow performance of the rod-airfoil configurations is taken into consideration in order to understand the flow physics and acoustic performance of turbomachines, such as fans, wind and water turbines. Shear layer and Von-Karman vortex structures break apart at the leading edge of the airfoil and small vortices are generated through the airfoil. Due to the flow-solid surface interaction, noise and vibration arise. As the main reason of the broadband noise in the turbomachines is also incoming turbulent and stator interaction, rod-airfoil configurations can model turbomachines perfectly. In this study airfoil is placed in the wake region of the cylinder and the obtained results are compared with the experimental results from the literature. It was shown that, the developed numerical method and Computational Aeroacoustics Analysis (CAA) methodology compare well with the measurements obtained in an accompanying experiment. After validating, the results obtained with the developed numerical methodology, the cylinder diameter effects on vortex zones, separation point, reattachment point and sound pressure level is investigated. It was observed that with the increase in the Strouhal number, the Sound Pressure Level (SPL) levels of the configuration rises.

PDF

___

[1] Rousoulis, S.L., Lacor, C., Ghorbanisasl, G., “A Flow Control Technique For Noise Reduction of a Rod-Airfoil Configuration”, Journal of Fluids and Structures, vol 67, pp: 293-307, 2017.
[2] Reid, E.G., “Tests of Rotating Cylinders”, Flight, 17–20, 1925.
[3] Perkovic, L., Silva, P., Ban, M., Kranjcevic, N., Duic, N., “Harvesting High Altitude Wind Energy for Power Production: The Concept Based on Magnus’ Effect”, Appl. Energy 101, 151–160, 2013.
[4] Badalamenti, C., “On the Application of Rotating Cylinders to Micro Air Vehicles”, Ph.D. Thesis. City University, London, 2010.
[5] Kays, W.M., Bjorklund, I.S., “Heat Transfer from a Rotating Cylinder with and without Crossflow”, Trans. ASME 80, 70–78, 1958.
[6] Barone, M.,, “A Computational Study of the Aerodynamics and Aeroacoustics of a Flatback Airfoil Using Hybrid RANS-LES”, In Proceedings of the 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Orlando, Florida, USA, 2009.
[7] Jacob, M.C., Boudet, J., Casalino, D., Michard, M., “A Rod-Airfoil Experiment as Benchmark for Broadband Noise Modeling”, Theoret. Comput. Fluid Dynamics, 19: 171–196, 2005.
[8] Casalino, D., Jacob, M., Roger., M., “Prediction of Rod–Airfoil Interaction Noise Using the Ffowcs-Williams–Hawkings Analogy”, AIAA JOURNAL Vol. 41, No. 2, February 2003.
[9] Liu, F., Jiang; S., Chen, G., Li, Y., “Numerical Investigation on Vortex-Structure Interaction Generating Aerodynamic Noises for Rod-Airfoil Models”, Mathematical Problems in Engineering, 2017.
[10] Silva, F.D., Deschamps, C.J. Silva, A.R., Sim, L.G.C, “Assessment of Jet-Plate Interaction Noise Using the Lattice Boltzmann Method”, In Proceedings of the 21st AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, 2015, June 2015.
[11] Fluent Tutorial Guide, 2018.
[12] Lighthill, M. J.,, “On Sound Generated Aerodynamically. I. General Theory” In Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, vol. 211, no. 1107, pp. 564–587, 1952.
[13] Farassat, F., Casper, J., “Towards an Airframe Noise Prediction Methodology: Survey of Current Approaches”, 44th AIAA Aerosp. Sci. Meet., vol. 5, no. 210, pp. 1–12, 2006.
[14] Gumus, B., “Wind Noise Prediction of a Car Model Through Solutions of Navier-Stokes and Ffowcs Williams & Hawkings Equations”, MSc Thesis, Middle East Techincal University, 2017.
[15] Trivellato F., Castelli M.C., “Appraisal of Strouhal Number in Wind Turbine Engineering”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 49,795-804, 2015.

ISSN: 1300-3399
Yayın Aralığı: Yılda 6 Sayı
Başlangıç: 1993
Yayıncı: TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI

Arşiv

Sayıdaki Diğer Makaleler

Eksenel Çıkışlı Radyal Fan Sistemi Tasarımı

Salih Deniz DEVELİ, Olgun SÖNMEZ, Erkan AYDER

Isıl Konfor İçin Nesnelerin İnterneti Kullanımı

M. Özgün KORUKÇU, MUHSİN KILIÇ

Nesnelerin İnterneti Bağlamında Isıl Konfor Uygulamalarının İncelenmesi

Ali̇ SAKİN

Isıl Konfor ve Enerji Tüketimi Açısından İki Üniversite Binasının İncelenmesi

Nurdan YILDIRIM, Hacer ŞEKERCİ, Şadiye Birce ONGUN

Kanat Profili-Silindir Konfigürasyonunun Aerodinamik ve Aeroakustik Performansının Sayısal Analizi

Eyup KOCAK, Ece AYLİ, Haşmet TÜRKOĞLU