Bir sıvı içerisine daldırılmış katı cisimlerle akış alanın etkileşiminin deneysel ve sayısal incelenmesi

Abstract

Bu doktora çalışmasında akış iki başlık altında çalışılmıştır. Birinci çalışmada, model deneyler ve sayısal simülasyonlar kullanılarak üç boyutlu esnek bir T kirişinin deformasyonu incelenmiştir. Deneyde girişinden sabit ve düzgün su akışının sağlandığı bir devridaim su kanalının içine bir kiriş yerleştirilmiştir. Çapraz akış yönünde esnek T kirişinin deformasyonunu kaydetmek için yüksek hızlı bir kamera sistemi kullanılmıştır (HSC). Bundan başka, esnek T kirişinin deformasyonunu simüle etmek üzere iki yönlü sıvı-yapı etkileşimi (FSI) için bir sayısal yöntem uygulanmıştır. Sıvı ve katı alanı bağlaştırmak için bir ‘’system coupling’’ kullanılmıştır. Ağın oluşturulmasında dinamik ağ yöntemi kullanılmıştır. Üç boyutlu sayısal ve esnek katı T kirişi HSC sonuçlarıyla doğrulandıktan sonra farklı Reynolds sayıları için deformasyon ve gerilme hesaplanmıştır. Bu çalışma hız 0.25 m/s’den 0.35 m/s’ye yükseldiğinde esnek T kirişindeki deformasyonun nerdeyse %90 arttığını, buna karşılık hız 0.25 m/s’den 0.15 m/s’ye düşürüldüğünde esnek T kirişindeki deformasyonun neredeyse %63 azaldığını göstermiştir. İkinci çalışma da ise, bir tekil dalga ile bir hareketli silindir arasındaki etkileşimi çözmek için bir 2-D sayısal dalga tankı (NWT) kullanılmıştır. Silindir, tankın taban zeminine göre çeşitli pozisyonlarda yerleştirilmiştir. Silindir sabit bir yatay hızda tekil dalgaya doğru hareket edebilmektedir. Toplam ondört örnek durum inecelenmiştir. Beş batıklık derinliği ve iki farklı hareket hızı da dahil olmak üzere on farklı sayısal simülasyon kullanılmıştır. Hareketli ve hareketsiz silindirler arasındaki silindirler arasındaki dalga-yapı etkileşiminin sonuçlarını karşılaştırmak amacıyla silindir, NWT içinde hareketsizken beş farklı simülasyon daha incelenmiştir. Sayısal sonuçlar, Reynolds ortalaması alınmış Navier-Stokes (RANS) denklemleri ve sıvı hacmi (VOF) denklemleri hesaplanarak elde edilmiştir. NWT içinde bir dalga pedalını ve silindiri hareket ettirerek bir tekil dalganın oluşturulması için iki farklı kod (Kullanıcı Tarafından Tanımlana Fonksiyon-UDF) kullanılmıştır. Ağın oluşturulmasında dinamik ağ yöntemi kullanılmıştır. İlkin, CFD kodlarının dalga pedalı hareketi kullanılarak bir tekil dalga oluşturabilmesi ve hareketli bir silindirin hidrodinamik kuvvetleri sayısal sonuçlarla doğrulanmıştır. Ardından çeşitli koşullarda serbest yüzey değerlendirmesi yapılmış ve hidrodinamik kuvvetler incelenmiştir.