Arka Duvara Eğim Verme Çalışmaları

Arka duvara verilen α eğim açıları 10, 20, 30, 35, 40, 45, 50, 55 ve 60 şeklindedir. Açının etkisinin daha detaylı incelenebilmesi için 30 ile 60 arasında beşer derecelik dilimler incelenmiştir. Her bir eğim açısına uygun iki boyutlu geometriler oluşturulmuş ve ağ yapıları kontrolsüz simülasyondaki temel özellikler korunarak oluşturulmuştur. Ağ yapılarının özellikleri Çizelge 4.1’de kontrolsüz simülasyonun ağ yapısı özellikleri ile birlikte verilmiştir. Farklı arka duvar eğim açılarına sahip geometrilerde ağ yapıları Şekil 4.2’de gösterilmiştir. Ağ yapısının daha iyi anlaşılması adına Şekil 4.2’de TWI-40 ağ yapısının normal ve yakın gösterimlerine yer verilmiştir. Simülasyonlarda zaman adımı 5x10-7 _saniyedir.

Arka duvara eğim verilen kontrollü simülasyonların sonuçları kontrolsüz simülasyon ile 8. ile 14. periyotlar arasındaki 6 periyotluk sürede kıyaslanmıştır.

Arka duvardaki kritik noktadan elde edilen zamana bağlı basınç verileri Şekil 4.4’te gösterilmiştir. Arka duvar ağim açısı arttıkça basınç salınım genliklerinin düştüğü görülmektedir. 30’lik açıdan itibaren basınç genlikleri oldukça sönümlenmeye başlamaktadır ve daha yüksek açılı simülasyonlar arası farklar kolayca ayırt edilememektedir.

Çizelge 4. 1 : Kavite Arka Duvarına Eğim Verilmiş Geometrilerde Ağ Yapısı Özellikleri

Adlandırma Eğim _Açısı Eleman _{Sayısı Yüksekliği} İlk Hücre

Hücre Büyüme Oranı Boyut Oranı Eriksson Çarpıklığı Kalite Kontrolsüz - 67,077 5x10-5 1.13 16.1 1 1 TWI-10 10 68,211 5x10-5 1.13 16.1 0.985 1 TWI-20 20 70,200 5x10-5 1.13 16.1 0.94 0.999 TWI-30 30 71,918 5x10-5 _{1.13 16.1 0.866 0.999} TWI-35 35 75,406 5x10-5 _{1.13 16.1 0.819 0.999} TWI-40 40 76,083 5x10-5 1.13 16.1 0.766 0.998 TWI-45 45 76,506 5x10-5 1.13 16.1 0.707 0.998 TWI-50 50 77,640 5x10-5 1.13 16.1 0.643 0.998 TWI-55 55 81,949 5x10-5 _{1.13 16.1 0.574 0.997} TWI-60 60 84,378 5x10-5 _{1.13 27 0.5 0.996}

Şekil 4. 3 : (a)TWI-40 ağ yapısı, (b) TWI-40 ağ yapısı-yakın görünüm

Kritik noktadan alınmış basınç verilerine FFT uygulanmış ve sonuçlar Şekil 4.5’teki güç spektrumunda gösterilmiştir. TWI-10 ve TWI-20 simülasyonlarında ilk iki modun güç değerleri kontrolsüz simülasyondakinden düşük olmakla birlikte üçüncül baskın mod oluşumlarına rastlanmaktadır. TWI-20 simülasyonunda kontrolsüz simülasyona göre daha düşük ikinci ve üçüncü mod frekansları görülmektedir. Basınç salınımlarının genliklerinin düşmesiyle birlikte diğer simülasyonlarda kontrolsüz simülasyon ile kıyaslanabilir ölçekte mod güçleri gözlenmemektedir. TWI-35 simülasyonundan itibaren eğim açısı arttıkça ilk mod frekansı oldukça düşmektedir ve kontrolsüz durumundakinin yarısına karşılık gelen frekans değerleri ile karşılaşılmaktadır.

Arka duvar eğim açısının değiştirildiği simülasyonlarda ön duvar, alt duvar ve arka duvarda gözlemlenen ses basınç seviyeleri kontrolsüz simülasyon ile sırasıyla Şekil 4.6, Şekil 4.7 ve Şekil 4.8’de kıyaslanmıştır.

Şekil 4.6’daki ön duvar boyunca gözlenen ses basınç basınç seviyeleri incelendiğinde arka duvar eğim açısı arttıkça ses basınç seviyelerinin düştüğü görülmektedir. TWI- 20 ile TWI-30 arasındaki ve TWI-30 ile TWI-35 arasındaki geçişlerde 15’er dB civarında ses basınç seviyesi düşüşü göze çarpmaktadır. TWI-40 ile TWI-60 arasındaki simülasyonlardaki ses basınç seviyeleri birbirine yakın olsa da en düşük değerler TWI-60 simülasyonunda elde edilmiştir.

Şekil 4. 6 : TWI ön duvar SPL-konum grafiği

Şekil 4.7’deki alt duvar ses dağılımı incelendiğinde kontrolsüz ve kontrollü simülasyonlarda farklı ses basınç seviyesi değerleri elde edilse de alt duvar boyunca ses basınç seviyesi dağılım daavranışının benzer olduğu görülmektedir. TWI-10 ve TWI-20 simülasyonlarında kontrolsüz simülasyonlara oldukça yakın değerler gözlenmesine rağmen eğim açısı arttıkça alt duvarda gözlenen ses basınç seviyeleri düşmektedir. En düşük ses basınç seviyelerine TWI-60 simülasyonunda rastlanmaktadır.

Şekil 4. 7 : TWI alt duvar SPL-konum grafiği

Şekil 4.8’deki grafiğe göre kontrollü simülasyonun arka duvardaki ses basınç seviyesi dağılım davranışının kontrollü simülasyonlarda korunduğu görülmektedir. TWI-30

ile TWI-35 simülasyonları arasındaki ses basınç seviyesi farkının arka duvarda diğer duvarlara kıyasla daha yüksek olduğu anlaşılmaktadır. En düşük değerlere TWI-60 simülasyonunda rastlanırken TWI-55 simülasyonunda özellikle kavite alt duvarına doğru ilerledikçe elde edilen değerler TWI-60 simülasyonu değerlerine oldukça yaklaşmaktadır.

Şekil 4. 8 : TWI arka duvar SPL-konum grafiği

Basınç salınımlarındaki sönümlenme TWI-35’den sonra kolayca ayırt edilemese de simülasyonlar arası fark ses basınç seviyelerinden anlaşılabilmektedir. Her bir duvarda TWI-10 ve TWI-20 simülasyonlarına ait ses basınç seviyeleri kontrollü duruma oldukça yakındır ve aradaki fark 3-5 dB civarındadır. TWI-20’den TWI-30’a ve TWI-30’dan TWI-35’e geçişlerde her duvarda ani ses basınç seviyesi düşüşleri görülmektedir. Her üç duvar için en düşük ses basınç seviyeleri kontrolsüz durumla yaklaşık 50 dB fark ile TWI-60 simülasyonunda elde edilmiştir.

Arka duvara eğim verilen pasif kontrollü simülasyonlarda en iyi sonuçlar TWI-60 simülasyonunda elde edilmiştir. TWI-60 simülasyonundaki akışı incelemek amacıyla bir periyot için basınç dağılımı ve akım çizgileri çizdirilmiş ve Şekil 4.9’da gösterilmiştir. Kontrolsüz simülasyona ait bir Rossiter periyodu dikkate alınmış ve kontrolsüz simülasyon ile aynı anlardaki durum incelenmiştir. Kontrolsüz simülasyonda 40000 Pa olan üst limit TWI-60 simülasyonunda 23000 Pa olarak

Kontrolsüz simülasyonda kavite girişinden, orta noktasından ve çıkışından yukarı doğru ilerleyen yüksek basınç dalgaları gözlenirken TWI-60 simülasyonunda sadece kavite çıkışında basınç yükselmesi görülmektedir. Bu basınç yükselmesi kontrolsüz duruma göre oldukça düşüktür. Akım çizgilerine bakıldığında kontrolsüz simülasyonda bir periyot boyunca kendini tekrar eden ve birbirini besleyen irili ufaklı girdap yapılarının TWI-60 simülasyonunda yerini kaviteyi uzunluk boyunca domine eden büyük bir girdap ve kavite ön ve alt duvarının kesişiminde oluşan küçük bir köşe girdabına bıraktığı görülmektedir. TWI-60 simülasyonundaki basınç dağılımı ve girdap yapıları bir periyodun farklı anlarında kaydadeğer biçimde değişiklik göstermemektedir.

TWI-60 simülasyonu akış alanında bir periyot boyunca değişen vortisite dağılımları Şekil 4.10’da gösterilmiştir. Şekil 4.10 incelendiğinde kayma tabakasındaki salınımlı davranış sönümlendiği ve kavite çıkışında kayma tabakasında hafif bir kalınlaşma meydana geldiği anlaşılmaktadır.

Şekil 4. 10 : TWI-60 simülasyonu akış alanında vortisite dağılımı