T.C.
SELÇUK ÜNøVERSøTESø FEN BøLøMLERø ENSTøTÜSÜ
KÜRE SERBEST YÜZEY ETKøLEùøMøYLE OLUùAN AKIù YAPISI VE KONTROLÜNÜN
DENEYSEL øNCELENMESø Sercan DOöAN
YÜKSEK LøSANS
Makina Mühendisli÷i Anabilim DalÕnÕ
Temmuz-2013 KONYA Her HakkÕ SaklÕdÕr
Bu tezdeki bütün bilgilerin etik davranÕú ve akademik kurallar çerçevesinde elde edildi÷ini ve tez yazÕm kurallarÕna uygun olarak hazÕrlanan bu çalÕúmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kayna÷Õna eksiksiz atÕf yapÕldÕ÷ÕnÕ bildiririm.
DECLARATION PAGE
I hereby declare that all information in this document has been obtained and presented in accordance with academic rules and ethical conduct. I also declare that, as required by these rules and conduct, I have fully cited and referenced all material and results that are not original to this work.
Sercan DOöAN Tarih: 29.05.2013
iv
KÜRE SERBEST YÜZEY ETKøLEùøMøYLE OLUùAN AKIù YAPISI VE KONTROLÜNÜN DENEYSEL øNCELENMESø
Sercan DOöAN
Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisli÷i Anabilim DalÕ DanÕúman: Prof.Dr. Muammer ÖZGÖREN
2013, 112 Sayfa Jüri
Prof.Dr. Hüseyin AKILLI Prof.Dr. Muammer ÖZGÖREN
Yrd.Doç.Dr. Selçuk DARICI
Bu tez çalÕúmasÕnÕn amacÕ küre etrafÕndaki akÕú yapÕsÕ ve bu akÕú yapÕsÕnÕn serbest yüzeyle etkileúiminin nicel ve nitel olarak deneysel araútÕrÕlmasÕdÕr. Serbest yüzey akÕúÕ etkisi altÕnda yerleútirilen pürüzsüz bir küre ve pasif akÕú kontrolü uygulanmÕú üç farklÕ küre modeli için açÕk bir su kanalÕ içerisinde deneyler yapÕlmÕútÕr. Serbest yüzey ile küre art izinin etkileúimi sonucu meydana gelen akÕú yapÕsÕnÕ ParçacÕk Görüntülemeli HÕz Ölçme (PIV) metodu ile nitel ve boya akÕú görüntüleme yöntemi ile nicel olarak incelemek için Reynolds sayÕsÕ 2500 Re 10000 aralÕ÷Õnda ve küre alt noktasÕ ile serbest yüzey arasÕndaki daldÕrma oranÕ 0.25 h/D 3.0 arasÕnda 0.25D aralÕkla de÷iútirilmiútir. PIV ve boya görselleútirme deneylerinden elde edilen sonuçlar pürüzsüz küre durumu ve bunun pasif akÕú kontrolü uygulanmÕú kürelerle karúÕlaútÕrÕlmasÕ olmak üzere iki aúamada de÷erlendirilmiútir. AnlÕk ve zaman ortalamasÕ hesaplanmÕú hÕz çalkantÕlarÕ, akÕm çizgi yapÕlarÕ, girdap eú düzey e÷rileri, hÕz alanlarÕ, türbülans kinetik enerji ve Reynolds gerilmesi eú düzey e÷rilerinin da÷ÕlÕmlarÕ PIV verileri kullanÕlarak elde edilmiú ve karúÕlaútÕrÕlmalÕ olarak sunulmuútur.
Pasif akÕú uygulamalarÕnÕn etkisini araútÕrmak için akÕúa paralel olarak art izini enerjilendirmek için küre merkezine küre çapÕnÕn %15' i oranÕnda delik açÕlmÕú (d/D=0.15) delikli küre, akÕú ayrÕlmasÕnÕ geciktirmek için akÕúÕn durma noktasÕndan itibaren küre yüzeyi üzerine 55° de o-ring yerleútirilen o-ringli küre ve küre yüzeyine iúlenen 410 adet 3mm çaplÕ silindirik pürüzlülük elemanÕna sahip pürüzlü küre modelleri kullanÕlmÕútÕr. Elde edilen sonuçlar pürüzsüz küre sonuçlarÕyla karúÕlaútÕrÕlarak de÷erlendirilmiútir. Serbest su yüzeyinin akÕú yapÕsÕna etkisinin daldÕrma oranÕna ba÷lÕ olarak de÷iúti÷ini göstermek için akÕm çizgileri modelleri incelenmiútir. Küre yüzeyinden ayrÕlan akÕúÕn yüzeyle birleúme noktasÕ R'nin de÷iúimi, art izinde hÕzlarÕn sÕfÕr oldu÷u S dü÷üm noktasÕnÕn daldÕrma oranÕnÕn de÷iúmesiyle küre sÕrtÕna do÷ru yaklaúmasÕ ve art izinde meydana gelen odak noktalarÕnÕn boyutundaki de÷iúimler yorumlanmÕútÕr. Pasif akÕú kontrolü uygulanan 2mm çapa sahip o-ringli küre durumunda art izi boyutunda di÷er küre modellerine göre önemli derecede bir azalma meydana gelmiútir. Delikli küre modelinde ise küre üzerindeki delikten gerçekleúen momentum transferi yüksek akÕú art izi bölgesinde bir hareketlenmeye neden olmuútur. AyrÕca, bu jet akÕú etkisinden dolayÕ alt ve üst serbest kayma tabakasÕndaki odak noktalarÕndan farklÕ olarak küre sÕrtÕna yakÕn kÕsÕmda iki adet odak noktasÕ daha oluúmuútur. Yüzeyi pürüzlü úekilde iúlenen küre deneyi sonuçlarÕnÕn, düúük Reynolds sayÕsÕ nedeniyle pürüzsüz küreden çok farklÕ olmadÕ÷Õ gözlemlenmiútir. Pürüzlü art izi kÕsalmasÕ haricinde önemli bir kontrol etkisi gözlemlenmemiútir.
Serbest su yüzeyi etkisinin h/D=1.5 daldÕrma oranÕna kadar devam etti÷i PIV deneylerinden elde edilen anlÕk ve zaman ortalamasÕ alÕnmÕú sonuçlardan anlaúÕlmaktadÕr. DaldÕrma oranÕ h/D=1.1 oldu÷u duruma kadar kürenin sadece alt kÕsmÕndan akÕú ayrÕlmasÕ olmaktadÕr ve dolayÕsÕyla sadece alt kayma tabakasÕnda akÕú hareketlili÷i meydana gelmiútir. Serbest kayma tabakasÕnÕn yüzeyle birleúme noktasÕ içinde kalan bölgede úiddeti yüksek dönümlü girdaplar oluúmaktadÕr. DaldÕrma oranÕ h/D=2.0 de÷erine ulaútÕ÷Õnda küre art izi akÕú karakteristiklerinin serbest akÕm úartlarÕna benzer bir görünüm elde edilmiútir.
Anahtar Kelimeler: serbest yüzey, küre, PIV, pasif akÕú kontrolü, o-ring, pürüzlülük, delik,
v
EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THE FLOW STRUCTURE AND ITS CONTROL BETWEEN FREE SURFACE AND SPHERE
Sercan DOöAN
THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF SELÇUK UNIVERSITY
THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE / IN MECHANICAL ENGINEERING
Advisor: Prof. Dr. Muammer ÖZGÖREN 2013, 112 Pages
Jury
Prof.Dr. Hüseyin AKILLI Prof. Dr. Muammer ÖZGÖREN
Asist. Prof.Dr. Selçuk DARICI
The aim of this thesis study is to experimentally investigate the flow characteristics around a sphere and the interaction between the wake and free-surface, qualitativelly and quantitavelly. Experiments were conducted in an open water channel for a smooth sphere and three different sphere models to which passive flow control were applied at a location in the effect of free flow surface. In order to investigate the flow structure occurred by the interaction between the free flow surface and sphere wake qualitatively and quantitatively, Reynolds number were in the range of 2500 Re 10000 and submersion ratio was changed between 0.25 h/D 3.0. Here, “h” was the distance between the top point of the sphere and free flow surface and “D” was the sphere diameter with 0.25D interval, using Particle Image Velocimetry (PIV) and Dye Visualization. The results from PIV and dye visualization experiments were evaluated in two sections which are the evaluation of the smooth sphere results and comparison of the results of the passive flow control and results of the smooth sphere. Velocity fluctuations, streamline structures, vortex contours, velocity fields, turbulence kinetic energy values and Reynolds stress contour distributions were calculated from PIV data and are comparatively provided. The ventilated sphere with a hole diameter of 15% of the sphere diameter through the same direction with the flow at sphere center (d/D=0.15) for the purpose of energizing wake region, to retard the flow separation the sphere with an o-ring that was placed to 55o of the sphere surface from the stagnation point of the flow at the sphere surface and roughened sphere with 410 cylindrical roughness elements with 3 mm diameter were used for studying the effects of passive flow control applications. The obtained results were compared with the results of the smooth sphere case. Streamlines were examined in order to show the variation of the effect of the free flow surface on free stagnation point and foci depending on the submersion ratio. Variation of the reatachment point (R) of the flow separated from the sphere surface to the free flow surface, the location of the saddle point (S) at which the velocity values are zero in the wake with respect to submersion ratio and changes in the dimensions of the foci points in the wake of the sphere were evaluated and interpreted. A remarkable reduction was occurred in wake of the sphere with 2mm o-ring as a passive flow control comparing to the other cases. The ventilated sphere case, on the other hand, leaded to an activation of flow field at upper wake part due to the momentum transfer from the hole. Additionally, two foci points near to the sphere edge were realized different from the former foci points at the upper and lower side shear layers due to the jet flow effect from the hole. The results of the roughened sphere was observed to be similar to the smooth sphere due to low Reynolds number except a closer wake region.
The continuing effect of the free flow surface down to h/D=1.5 was realized by means of instantaneous and time-averaged results of the PIV experiments. Flow separation was observed only down part of the sphere up to h/D=1.1 submersion ratio and hence energetic flow motion was occurred only at lower shear layer. A high level vortical structure occurs in the confined region between the reattachment point of the free shear layer and bottom section of the sphere. For submersion ratio h/D=3.0, the wake structure becomes similar to the wake region of a sphere exposed to uniform incoming flow.
Keywords: flow visualization, free surface flow, wake, vortex, sphere, momentum transfer,
vi
veya katÕ-sÕvÕ gibi iki fazlÕ akÕúlarda küresel cisimler etrafÕnda oluúan akÕú yapÕsÕnÕn bilinmesi tasarÕm açÕsÕndan önem arz etmektedir. Küt cisimler genellikle yo÷un akÕú ayrÕlmalarÕna, daimi olmayan akÕúlara ve karmaúÕk girdap kopmalarÕna neden olur. Bu tür akÕúlara genellikle; spor toplarÕnda, tarÕmsal ürünlerin pnömatik naklinde, bombalar, deniz radarÕ, ya÷ depolama tanklarÕ, ya÷mur damlalarÕ, pnömatik taúÕmada, yanma, silikon ve polimer vb. maddelerin taúÕnmasÕnda, nehirdeki kirletici maddelerin taúÕnmasÕnda, küre formunda ürünlerin kurutulmasÕnda veya so÷utulmasÕnda, küreye benzer geometriye sahip aerodinamik yapÕlarda, küre úeklinde su kulelerinde, suda yüzen cisimlerde, deniz altÕndaki insanlÕ veya insansÕz araútÕrma araçlarÕnda, dalga ve gelgit enerjisinden faydalanmada, balon ve gemilerin çekti÷i küresel cisimlerin akÕúkanla etkileúimi gibi endüstriyel veya pratik uygulamalarda sÕkça rastlanmaktadÕr.
Küt cisimler etrafÕndaki akÕúlarda oluúan anlÕk girdaplar, akÕútan kaynaklanan dinamik yüklere ve sonuçta titreúimlere neden olmaktadÕr. Titreúimler de malzeme yorulmasÕna ve gürültü kirlili÷ine neden olabilmektedir. Bu olumsuz etkilerin kayna÷ÕnÕn belirlenmesi için akÕúkan-cisim etkiúiminin detaylÕ ölçüm ve analizlerinin yapÕlmasÕ gerekmektedir. Küt cisimler çevresinde oluúan akÕúÕn tamamen üç boyutlu ve karmaúÕk yapÕda olmasÕndan dolayÕ, nitel (boya ve duman görüntülemeyle) görüntülerle de÷erlendirmek oldukça zordur ve sayÕsal sonuç vermemektedir. Ancak, sayÕsal sonuç veren nicel görüntülerle ölçme imkânÕ sa÷layan PIV yönteminin kullanÕlmasÕ araútÕrmacÕlara gerek pratik gerekse tasarÕm için faydalÕ parametrelerin sunulmasÕnÕ mümkün kÕlmaktadÕr. Elde edilen mevcut sonuçlarÕn, daha güvenilir sayÕsal yöntemlerin geliútirilmesi ve tasarÕm hesaplamalarÕnda karúÕlaútÕrma amaçlÕ kullanÕlmasÕ da mümkün olacaktÕr. Bunlara ek olarak, kürelerin etrafÕndaki akÕú yapÕsÕ ve kontrolünün anlaúÕlmasÕ, pratik uygulamada karúÕlaúÕlacak problemlerin çözümü için uygulanan pasif akÕú kontrol yöntemlerinin belirlenmesine de katkÕ sa÷layabilecektir.
Bu çalÕúmanÕn, küt cisimler etrafÕndaki akÕú yapÕsÕ, akÕú kontrol yöntemleri, sayÕsal akÕúkanlar mekani÷i, türbülans modelleri üzerine çalÕúan araútÕrmacÕlara ve tasarÕmcÕlara yardÕmcÕ olmasÕnÕ dilerim.
Tez çalÕúmamÕn her safhasÕnda çeúitli kaynak, bilgi ve önerileriyle benden yardÕmlarÕnÕ esirgemeyen kÕymetli danÕúman hocam Prof.Dr. Muammer ÖZGÖREN’e teúekkürlerimi bir borç bilirim.
Yüksek Lisans çalÕúmalarÕma maddi olarak 109R028 nolu proje kapsamÕnda destek veren TÜBøTAK’a teúekkür ederim.
Tezimle ilgili deneyleri yapmam için gerekli olan ortamÕ oluúturan, bilgi ve önerileriyle benden yardÕmlarÕnÕ esirgemeyen Çukurova Üniversitesi’ndeki hocalarÕm Prof.Dr. Beúir ùAHøN ve Prof.Dr. Hüseyin AKILLI’ya teúekkür ederim. Tez aúamasÕnda benden yardÕmlarÕnÕ esirgemeyen Arú.Gör. Abdulkerim OKBAZ, Arú.Gör. Eyüb CANLI ve Arú. Gör. Muharrem Hilmi AKSOY' a teúekkür ederim. Deney çalÕúmalarÕm sÕrasÕnda bana destek olan Proje AsistanÕ Engin PINAR ve Arú.Gör. Göktürk M. ÖZKAN'a teúekkür ederim. Tez çalÕúmamda bana deste÷ini, bilgi ve önerilerini esirgemeyen saygÕde÷er hocam Doç.Dr. Ali KAHRAMAN’a teúekkür ederim.
Benden hiçbir zaman desteklerini esirgemeyen, her zaman yanÕmda olan aileme ve arkadaúlarÕma da sonsuz teúekkürlerimi sunarÕm.
Sercan DOöAN KONYA-2013
vii
ÖZET ... iv
ABSTRACT ... v
ÖNSÖZ ... vi
øÇøNDEKøLER ... vii
SøMGELER VE KISALTMALAR ... viii
1. GøRøù ... 1
2. KAYNAK ARAùTIRMASI ... 6
3. MATERYAL VE YÖNTEM ... 16
3.1. ParçacÕk Görüntülemeli HÕz Ölçme Sistemi ve Boya ile AkÕú Görselleútirme Düzene÷i ... 16
3.2. Deneylerde KullanÕlan Küreler ... 22
3.3. KapalÕ Devre AçÕk Su KanalÕ ve Küre Tutturma MekanizmasÕ ... 25
3.4. Deney SonuçlarÕnÕn Analiz Edilmesi ... 30
4. ARAùTIRMA SONUÇLARI VE TARTIùMA ... 37
4.1 Pürüzsüz Kürenin Serbest Su Yüzeyi ile Etkileúiminin Boya ile AkÕú Görüntüleme ve PIV Deney SonuçlarÕ ... 37
4.2. Serbest Yüzey Etkisinin AraútÕrÕlmasÕ ve Froude SayÕsÕ ... 69
4.3. Pürüzsüz ve Pasif Kontrol Uygulanan Kürelerin Serbest Su Yüzeyi øle Etkileúimiyle Oluúan AkÕú YapÕlarÕnÕn KarúÕlaútÕrÕlmasÕ ... 72
4.3.1. Pürüzsüz ve Pasif AkÕú Kontrolü UygulanmÕú Kürelerin Boya ile AkÕú Görüntüleme Deneyi SonuçlarÕnÕn KarúÕlaútÕrÕlmasÕ ... 73
4.3.2. Pürüzsüz ve Pasif AkÕú Kontrolü UygulanmÕú Kürelerin PIV Deneyi SonuçlarÕnÕn KarúÕlaútÕrÕlmasÕ ... 77
5. SONUÇLAR VE ÖNERøLER ... 97
5.1 Sonuçlar ... 97
5.1.1 Pürüzsüz küre durumundaki akÕú yapÕsÕ ... 97
5.1.2 Pasif akÕú kontrolü uygulanmÕú küreler durumlarÕndaki akÕú yapÕsÕ ... 99
5.2 Öneriler ... 102
KAYNAKLAR ... 104
viii Simgeler
D : Küre çapÕ (mm)
d : Küre delik çapÕ (mm)
do : O-ring çapÕ (mm)
Fr : Froude sayÕsÕ
h : Kürenin alt noktasÕ ve su yüzeyi arasÕndaki mesafe (mm)
hw : Su seviyesi (mm)
ڧ : O-ring yerleúim açÕsÕ (°)
R : AkÕm çizgilerinin tekrar birleúme noktasÕ
Re : Reynolds sayÕsÕ
S : AkÕm çizgilerinin dü÷üm noktasÕ U : Serbest akÕm hÕzÕ (mm/s)
d/D : Küre üzerindeki delik çapÕnÕn küre çapÕna oranÕ
!
f2
U
v'
u'
: BoyutsuzlaútÕrÕlmÕú ortalama Reynolds gerilmeleriZ : AnlÕk girdap (s-1)
Q : Kinematik viskozite (m2/s)
Z* : BoyutsuzlaútÕrÕlmÕú anlÕk çevrinti <Z*> : BoyutsuzlaútÕrÕlmÕú ortalama girdap <Z*
rms> : BoyutsuzlaútÕrÕlmÕú ortalama girdap çalkantÕlarÕ (s -1
) <Z> : Ortalama girdap (s-1)
<Zrms> : Ortalama girdap çalkantÕlarÕ (s -1
)
<u*> : AkÕm yönündeki boyutsuzlaútÕrÕlmÕú ortalama hÕz bileúeni <u*rms> : AkÕm yönündeki boyutsuzlaútÕrÕlmÕú ortalama hÕz çalkantÕlarÕ
<u> : AkÕm yönündeki ortalama hÕz bileúeni (mm/s) <urms> : AkÕm yönündeki ortalama hÕz çalkantÕlarÕ (mm/s)
<v*> : AkÕm yönüne dik yöndeki boyutsuzlaútÕrÕlmÕú ortalama hÕz bileúeni <v*rms> : AkÕm yönüne dik yöndeki boyutsuzlaútÕrÕlmÕú ortalama hÕz çalkantÕlarÕ
<v> : AkÕm yönüne dik yöndeki ortalama hÕz bileúeni (mm/s) <vrms> : AkÕm yönüne dik yöndeki ortalama hÕz çalkantÕlarÕ (mm/s)
ix TKE : Türbülans kinetik enerjisi
Re : Reynolds sayÕsÕ
HAD : HesaplamalÕ akÕúkanlar dinami÷i KGC : Karman Girdap Caddeleri (KVS) Fr : Froude sayÕsÕ
1. GøRøù
AkÕúkanlar mekani÷i ile ilgili yapÕlan çalÕúmalarÕn uygulamaya geçirilmesi birkaç farklÕ aúamadan oluúmaktadÕr. Bu aúamalarÕn en önemli kÕsmÕ bu konuda yapÕlan temel araútÕrmalardÕr. Bu araútÕrmalar aerodinamik cisimlerde oldu÷u kadar küre ve silindir gibi küt cisimler için de önemlidir. Bu nedenle küresel formdaki cisimlerin uygulamalarda optimum úartlarda kullanÕlmasÕ için küre etrafÕnda oluúan akÕú karakteristiklerinin iyi bilinmesi gerekmektedir. Küre ve küresel formdaki cisimlerin serbest yüzeyle etkileúimini içeren akÕúkanlar mekani÷i uygulamalarÕna; bombalar, partiküller, küresel formdaki çeúitli kirletici maddeler, küresel úekilli aerodinamik yapÕlar, çeúitli araçlar, binalar, insanlÕ ve insansÕz denizaltÕ araçlarÕ, balonlar, partiküller, spor toplarÕ, suda yüzen küresel cisimler, küresel deniz kuleleri, tarÕmsal veya di÷er ürünlerin pnömatik taúÕnmasÕ, deniz radarlarÕ, petrol depolama tanklarÕ, nehirlerdeki tortularÕn taúÕnmasÕ, dalga enerjisinden mekanik ve elektrik enerjisi üretmede, çeúitli ürün ve besinlerin so÷utulmasÕ ve kurutulmasÕ gibi çeúitli endüstriyel ve pratik uygulamalarda karúÕlaúÕlmaktadÕr (ùekil 1.1).
Küre etrafÕndaki akÕú yapÕsÕ, hareket halindeki akÕúkan içerisine daldÕrÕlmÕú cisimlerin basit bir durumu olarak düúünülmektedir. Silindir gibi iki boyutlu tanÕmlanan simetrik cisimler etrafÕndaki akÕúlarÕn, üç boyutlu daimi olmayan akÕú alanlarÕ oluúturduklarÕ yapÕlan bazÕ araútÕrmalar sonucu ortaya konmuútur. Üç boyutlu akÕúlar iki boyutlu akÕúlarÕn aksine, daimi olmayan daha karmaúÕk kinematik ve girdap yapÕsÕnda etkileúimler oluúturmaktadÕr. Hem akÕúÕn hem de cismin üç boyutlu olmasÕ durumunda, oluúan akÕú yapÕlarÕ deneysel olarak ve geliútirilen sayÕsal metotlar ile analizlerinin yapÕlmasÕ son yÕllarÕn araútÕrma konularÕndandÕr. Bu nedenle, yeni çözüm yaklaúÕmlarÕnÕn geliútirilmesi ve do÷rulanmasÕ için detaylÕ deney sonuçlarÕna ihtiyaç duyulmaktadÕr.
Küresel geometriye sahip cisimlerde; cisim üzerindeki akÕútan dolayÕ meydana gelen kuvvetlerin ve cisim arkasÕnda oluúan girdap kopma frekanslarÕnÕn bilinmesi, cisimlerin statik ve dinamik yük hesaplarÕnÕn yapÕlmasÕnda önem arz etmektedir. AkÕú yapÕsÕndan dolayÕ cisimlerin dinamik davranÕúlarÕnÕn do÷ru tahmin edilmesi ancak gerçek akÕúlarÕn optimum tasarÕm úartlarÕnÕn tespit edilmesi ile belirlenebilir. Art izi bölgesindeki dinamik akÕú yapÕsÕ, Reynolds sayÕsÕnÕn de÷iúiminden etkilenmekte ve artan Reynolds sayÕsÕ ile karmaúÕk bir yapÕ oluúturmaktadÕr. Küre etrafÕndaki akÕúlarda oluúan anlÕk girdaplar, akÕútan kaynaklanan dinamik yüklere ve sonuçta titreúimlere
neden olmaktadÕr. Titreúimler de malzeme yorulmasÕna ve gürültü kirlili÷ine neden olabilmektedir. Bu olumsuz etkilerin kayna÷ÕnÕn belirlenmesi için akÕúkan-cisim etkileúiminin detaylÕ ölçüm ve analizlerinin yapÕlmasÕ gerekmektedir. Küre ve küreler çevresinde oluúan akÕúÕn tamamen üç boyutlu ve karmaúÕk yapÕda olmasÕndan dolayÕ, nitel (boya ve duman görüntülemeyle) görüntülerle de÷erlendirmek oldukça zordur. Ancak, sayÕsal sonuç veren nicel görüntülerle ölçme imkânÕ sa÷layan PIV (Particle Image Velocimetry) yönteminin kullanÕlmasÕ ile araútÕrmacÕlara gerek pratik gerekse tasarÕm için faydalÕ parametrelerin sunulmasÕnÕ mümkün olmaktadÕr.
Küre úeklindeki küt cisimlerin bir akÕú ile etkileúimi sonucu akÕú yapÕsÕnda cismi etkileyen birçok de÷iúiklikler meydana gelmektedir. Bu cisimler etrafÕnda oluúan akÕú karakteristiklerinin cisim ve çevre üzerinde oluúturdu÷u olumsuz etkilerin en aza indirilmesi için akÕú yapÕsÕnÕn detaylÕ bir biçimde araútÕrÕlmasÕ gerekmektedir. Özellikle gerçek uygulamalarda cisim üzerinde meydana gelecek kuvvetlerin en aza indirilmesi, titreúimlerin azaltÕlmasÕ, akÕú-cisim etkileúimi sonucu meydana gelecek çevresel kirliliklerin önüne geçilmesi amacÕyla temel olarak deneysel, teorik ve sayÕsal çalÕúmalar yapÕlmasÕ oldukça önemlidir. DÕú akÕú olarak bilinen küre ile akÕú etkileúimi sonucu cismin ön ve arka kÕsmÕnda meydana gelen basÕnç ve hÕz farklarÕ cismi akÕútan kaynaklanan yük etkisine maruz bÕrakmaktadÕr. Cisim üzerinde meydana gelen bu sürükleme kuvvetinin en aza indirilmesi ve dinamik olarak meydana gelen bu kuvvetlerin cisim üzerinde oluúturaca÷Õ titreúimlerin azaltÕlmasÕ ile ilgili yapÕlacak çalÕúmalar tasarÕmcÕlar, teorik ve sayÕsal çalÕúma yapanlar için bir referans oluúturacaktÕr.
AkÕú kontrolü akÕúkanlar mekani÷inin en önemli uygulamalarÕndan birisidir. Birçok aerodinamik ve hidrodinamik tasarÕmlarda akÕú kontrolü uygulanmakla fiziksel üstünlük elde edilebilmekte ve enerji tasarrufu sa÷lanabilmektedir. Daha hÕzlÕ ve verimli, manevra kabiliyeti yüksek hava ve deniz araçlarÕnÕn geliútirilmesinde akÕú kontrol uygulamalarÕ büyük bir yere sahip olmuútur. Köprülerdeki silindirik yapÕlar, yüksek binalar, elektrik telleri, yüksek endüstriyel bacalar, akÕntÕlÕ ve dalgalÕ ortamdaki su altÕ boru sistemleri, küresel yapÕdaki su depolarÕ gibi küt cisimler üzerinde akÕú kontrol uygulanarak girdap kaynaklÕ titreúimlerin neden oldu÷u hasarlar ve yÕkÕmlar ortadan kaldÕrÕlabilmektedir. AkÕú kontrolü cismin geometrisine, akÕúÕn özelliklerine ve elde edilmek istenen amaca göre belirlenmekte, farklÕ amaçlar, geometriler ve akÕú özelliklerine göre uygulanan kontrol yöntemleri de÷iúmektedir. AkÕú kontrolü ile ilgili bilimsel bilgilerin artmasÕ, uygulamadaki teknolojik zorluklarÕn ortadan kalkmasÕ, daha
geliúmiú ölçme aletlerinin kullanÕma girmesi ve bilgisayar teknolojilerindeki hÕzlÕ geliúmelerin hesaplamalÕ akÕúkanlar dinami÷inde sa÷ladÕ÷Õ kolaylÕklar bu alana olan ilgiyi artÕrmÕú ve yapÕlan çalÕúmalar hÕz kazanmÕútÕr (Gad-el-Hak, 1996).
AkÕú kontrol uygulamalarÕnda cisim çevresindeki akÕúta örne÷in; bir hava aracÕnÕn, bir deniz altÕnÕn, bir otomobilin ya da bir küre veya silindir gibi küt cisimlerin dÕú yüzeyinde oluúan akÕúta, laminer akÕútan türbülanslÕ akÕúa geçiúin ertelenmesi, akÕú ayrÕlmalarÕnÕn geciktirilmesi, kaldÕrma kuvvetinin artÕrÕlmasÕ, yüzey sürtünmesinin ve basÕnç sürüklenme katsayÕsÕnÕn azaltÕlmasÕ, türbülansÕn artÕrÕlmasÕ, ÕsÕ transferinin iyileútirilmesi, gürültü sönümlemesi elde edilmek istenen amaçlardan bazÕlarÕdÕr. Elbette bu amaçlarÕn hepsi aynÕ anda gerçekleútirilemez. Örne÷in sÕnÕr tabakanÕn büyük bir kÕsmÕnÕn mümkün oldu÷unca laminer olmasÕnÕ sa÷layarak yüzey sürtünmesi ve akÕútan kaynaklanan gürültü azaltÕlabilir. Fakat türbülanslÕ bir sÕnÕr tabaka genel olarak ayrÕlmaya karúÕ laminer sÕnÕr tabakadan daha dirençlidir. AyrÕlmanÕn önlenmesiyle kaldÕrma kuvveti artarken oluúan sürüklenme kuvveti azalÕr. Üstelik karÕúma ve ÕsÕ transferi türbülansla iyileútirilir. Bir akÕú kontrol yöntemini seçmedeki en büyük zorluk faydalÕ bir amacÕ en ucuz maliyetle akÕútan beklenen di÷er amaçlarÕ etkilemeden elde etmektir (Gad-el-Hak, 1996).
Serbest su yüzeyi ve küresel cisim etkileúiminin görüldü÷ü nehirlerde kirletici atÕklarÕn taúÕnmasÕ için yapÕlan çalÕúmalar çevre kirlili÷inin azaltÕlmasÕ için faydalÕ olacaktÕr. økinci dünya savaúÕnda savaú uçaklarÕnda baraj yÕkÕmÕ, gemi batÕrÕlmasÕ gibi durumlarda kullanÕlan küre ve silindir úeklindeki bombalarÕn deniz veya okyanus gibi bir serbest su yüzeyi ile karúÕlaútÕ÷Õ durumda cisim akÕú etkileúiminin dikkate alÕnmasÕ ile yapÕlmÕútÕr. DenizaltÕ araútÕrmalarÕnda kullanÕlan küresel úekilli araçlarÕn bazÕlarÕ serbest su yüzeyi ile sürekli etkileúim halindedir. Bu araçlarda yüzeyle etkileúim noktasÕnÕn optimum oldu÷u durumu tespit etmek için yapÕlan çalÕúma bir temel oluúturacaktÕr.
Bu tez çalÕúmasÕnda, serbest su yüzeyinden itibaren kürenin dörtte biri su içinde kalacak úekildeki daldÕrma oranÕndan, küreler iki küre çapÕ kadar derinlikte su içinde konumda olacak úekilde daldÕrÕlarak çalÕúmalar yapÕlmÕútÕr. Kürenin serbest su yüzeyi ile etkileúimi ve serbest su yüzeyinin etkisinin olmadÕ÷Õ yere kadar deneyler yapÕlmÕútÕr. Serbest su yüzeyinin etkisi daldÕrma oranÕna ba÷lÕ olarak nitel ve nicel olarak incelenmiútir. Tezde incelenen serbest yüzey cisim etkileúimi ile ilgili çalÕúmalar literatürde çok fazla olmadÕ÷Õ için yapÕlan araútÕrmalar gelecekte faydalÕ olacaktÕr.
Küre etrafÕnda oluúan akÕúlar geometrik yapÕdan dolayÕ daimi olmayan bir art izi bölgesi oluútururlar. Bu nedenle, zamana ba÷lÕ ve üç boyutlu olarak araútÕrÕlmasÕ gerekmektedir. Bu araútÕrmada uygulanan ParçacÕk Görüntülemeli HÕz Ölçme yöntemi (PIV) sayesinde akÕú alanÕnda aynÕ anda birçok noktada iki boyutlu hÕz ölçümlerinin
yapÕlmasÕ ile akÕú fizi÷i hakkÕnda detaylÕ bilgiler elde edilmiútir. Deneysel çalÕúmalar akÕú yapÕsÕnÕn temel karakteristikleri olan anlÕk hÕz vektörleri, girdap eú düzey e÷rileri, Reynolds gerilmeleri, ortalama hÕzlar, hÕz bileúenlerin karelerinin kareköklerinin ortalamasÕnÕn (rms) eú düzey e÷rileri, girdap bileúenlerinin kareköklerinin ortalamasÕnÕn (rms) eú düzey e÷rileri, türbülans kinetik enerji yo÷unlu÷u, girdap úiddeti, girdap oluúum uzunlu÷u, ortalama akÕm çizgilerinin da÷ÕlÕmÕnÕn incelenmesi üzerine yo÷unlaúmÕútÕr. PIV ile belirli bir akÕú alanÕnÕn nicel olarak ölçülmesi ile akÕm çizgileri elde edilebilmekte ve bu da HAD çalÕúmalarÕ ile karúÕlaútÕrma yapabilme imkanÕ sunmaktadÕr. AkÕú yapÕsÕnÕn fiziksel olarak daha iyi anlaúÕlabilmesi için lazer ÕúÕnÕ ile aydÕnlatÕldÕ÷Õnda görünür hale gelen Rhodamine 6G boyasÕ kullanÕlarak akÕú görselleútirme de yapÕlmÕútÕr.
YapÕlan bu tez çalÕúmasÕnda, kritik akÕú yapÕsÕ alanÕnÕ içeren sayÕsal ölçümlerin iki boyutlu hÕz ölçümü yapabilen ParçacÕk Görüntülemeli HÕz Ölçme Yöntemi (2D-DPIV) ve boya deneyleri ile de akÕú görüntüleme iúlemi detaylÕ olarak yapÕlmÕútÕr. Deneyler, Çukurova Üniversitesi Mühendislik-MimarlÕk Fakültesi, Makine Mühendisli÷i Bölümü, AkÕúkanlar Mekani÷i LaboratuarlarÕnda ParçacÕk Görüntülemeli HÕz Ölçme metodu kullanÕlarak (Digital Particle Image Velocimetry, DPIV) yapÕlmÕútÕr.
Yüksek lisans tez çalÕúmasÕnda dört farklÕ küre; pürüzsüz, pürüzlü, ortasÕ delikli ve o-ringli küre su kanalÕ serbest yüzeyine temas edilecek úekilde yerleútirilerek öncelikle boya sonra PIV için deneyler yapÕlmÕútÕr. Deneyler 42.5 mm küre çapÕna göre tarif edilen Reynolds sayÕsÕnÕn 2500, 5000, 7500 ve 10000 de÷erleri için ve mesafenin çapa oranÕ olan 0.25h/D3.0 aralÕ÷Õnda su kanalÕnda yapÕlmÕútÕr. Deneylerlerde üç farklÕ pasif akÕú kontrolü kullanÕlmÕútÕr. Bunlardan birisi yüzeyinde 3mm derinli÷inde ve 4mm çapÕnda küçük çukurlar bulunan pürüzlü küre akÕú kontrolüdür. Bir di÷er akÕú kontrol yöntemi de küre üzerinde akÕúÕn durma noktasÕnda itibaren küre üzerine 55°' ye yerleútirilen 2mm çapÕndaki o-ringli küre modelidir. Bu pasif akÕú kontrol yöntemi için en etkili delik oranÕ bulunarak pürüzsüz, pürüzlü ve o-ringli küre ile ilgili sonuçlar karúÕlaútÕrÕlmÕútÕr.
2. KAYNAK ARAùTIRMASI
Küre ile ilgili akÕúkanlar mekani÷inin birçok uygulamasÕ mevcuttur. Literatürde yapÕlan deneysel ve sayÕsal çalÕúmalarÕn ço÷u üniform akÕú úartlarÕnda gerçekleútirilmiútir. Küre veya küresel geometriye benzeyen off-shore yakÕt depolarÕ, nehirlerdeki katÕ cisimlerin çevresindeki akÕúlarda, küresel formdaki yüzen cisimlerin çevresindeki akÕúlarda, spor toplarÕ çevresinde, insanlÕ ve insansÕz küresel úekildeki denizaltÕ araútÕrma araçlarÕ çevresinde, deniz altÕndan gönderilen küre formundaki bombalarda, aerodinamik ve hidrodinamik akÕú-yapÕ etkileúimi olan birçok alanda uygulanmaktadÕr. Akmakta olan bir akÕúkan içerisine bir cisim yerleútirildi÷inde, örne÷in küre, akÕúkanÕn cismi geçmesiyle oluúan dinamik akÕú yapÕsÕ önemli oranda de÷iúmektedir. Bu da titreúimlere ve sonuçta akÕútan oluúan titreúimin devam etmesi durumunda yorulma oluúmakta bazÕ durumlarda ayrÕlmÕú akÕúÕn girdap kopma frekansÕ ile cismin do÷al frekansÕ eúitlenerek yapÕnÕn zarar görmesine neden olan felaketler oluúabilmektedir. Bu nedenle, akÕú yapÕsÕ ve bunun oluúturdu÷u etkinin detaylÕ olarak araútÕrÕlmasÕ gerekmektedir. Kürenin serbest yüzeyle temasta oldu÷u, kÕsmen su yüzeyinin içine daldÕrÕldÕ÷Õ ve tamamen daldÕrÕlmasÕ durumuyla ilgili yapÕlan çalÕúmalar yok denecek kadar azdÕr. Achenbach (1974), Taneda (1956), Nakamura(1976), Mehta D. (1985), Sakamoto ve Haniu (1990), Tsuji (1991), Wu ve Faeth (1993), Leder (1993), Sheridan J. (1997), Leweke (1999), Kim (2006), Y II. ve Jang J. (2008), ve Özgören ve ark. (2009, 2011) küresel cisimler etrafÕnda oluúan akÕú yapÕsÕnÕn etkisi üzerine nitel gözleme dayanan deneyler veya çok düúük Reynolds sayÕlarÕnÕ içeren sayÕsal ve analitik çalÕúmalar yapmÕúlardÕr. Bu çalÕúmada ise nitel görüntülerle birlikte nicel sonuç veren PIV yöntemi kullanÕlmÕútÕr.
Taneda (1965), katÕ bir yüzeye yakÕn yerleútirilen silindirin akÕú yapÕsÕnÕ Reynolds sayÕsÕnÕn 170 de÷erinde incelemiútir. Rüzgar ya da su tünelinde oldu÷u gibi cidar sÕnÕr tabaka etkisini elimine etmek için bir çekme tankÕ kullanmÕútÕr. Özellikle, belirli daldÕrma derinliklerinde (örne÷in h/D=0.60) düzenli girdap kopmalarÕnÕ gözlemlemiútir fakat daha küçük boúluk oranlarÕnda (0.10) girdaplarÕn sadece tek bir taraftan koptu÷unu belirlemiútir. økinci durumda, girdap kopmalarÕnÕn dalga boyu aúa÷Õ akÕm yönünde artmaya e÷ilimli oldu÷unu söylemiú ve birkaç dalga boyu sonra art izinin kararsÕz hale geldi÷ini ve bozuldu÷unu belirtmiútir.
Achenbach (1974) bir kürenin art izinin dönümlü yapÕsÕnÕ Reynolds sayÕsÕnÕn 1000 de÷erinde boya deneyi ile görüntülemiú ve Reynolds sayÕsÕnÕn 105-106 aralÕ÷Õnda
akÕú ayrÕlma açÕsÕnÕ incelemek için yüzey sürtünmesini ölçerek deneyler yapmÕútÕr. Di÷er bir çalÕúmada da Angrilli ve ark. (1982), Grass ve ark. (1984) ve Lei ve ark. (1999) cidara yakÕn bir yere yerleútirilmiú silindir için cidar ve silindir arasÕndaki boúluk oranÕ için Strouhal sayÕsÕnÕn etkisini incelemiúlerdir.
Sheridan ve ark. (1995, 1997) ve Hoyt ve Sellin (2000) serbest yüzeye yerleútirdikleri bir silindir etrafÕndaki akÕú yapÕsÕnÕ parçacÕk görüntülemeli hÕz ölçme tekni÷i ve boya görüntüleme tekni÷i kullanarak incelemiúlerdir. Froude sayÕsÕnÕn 0.47 ve 0.72 aralÕ÷Õndaki akÕú yapÕsÕnÕ açÕklamÕúlardÕr.
Triantafyllou and Dimas (1989a, 1989b) yaptÕklarÕ çalÕúmada silindirin yarÕ çapÕ akÕú içerisinde kalacak úekilde (hs/D=0.5) yerleútirerek akÕú yapÕsÕnÕ deneysel ve teorik
olarak incelemiúlerdir. Bu çalÕúmada akÕú yapÕsÕ kararsÕzlÕ÷ÕnÕn Froude sayÕsÕnÕn bir fonksiyonu olarak ifade etmiúlerdir. TaúÕnÕm ve mutlak kararsÕzlÕk için bazÕ sÕnÕr durumlar belirlemiúlerdir. Düúük Froude sayÕsÕnda, yüzen bir cismin art izi bölgesinin daimi oldu÷unu ve daimi olmayan etkilerin serbest yüzey tarafÕndan sönümlendi÷ini söylemiúlerdir. AyrÕca cisim arkasÕnda oluúan sirkülasyon bölgesi uzunlu÷unun Reynolds sayÕsÕna ba÷lÕ oldu÷u Fronberg (1985) tarafÕndan yapÕlan çalÕúmada da do÷rulanmÕútÕr.
Yu and Tryggvason (1990) akÕúÕn serbest yüzeyine yerleútirilmiú bir silindir arkasÕnda oluúan akÕúÕn yapÕsÕnÕ sayÕsal olarak incelemiúlerdir. Serbest bir yüzey ve bir girdap çiftinin etkileúimi ile daldÕrÕlmÕú bir kayma tabakasÕnÕn büyük genlikli Kelvin-Helmholtz kararsÕzlÕ÷ÕnÕ detaylÕ olarak incelemiúlerdir. Oluúan ilk girdap yapÕsÕnÕ geometrik parametreler ve Froude sayÕsÕ ile kontrol etmiúlerdir. Yüksek Froude sayÕsÕ sÕnÕrÕnda, yüzey hareketinin dönümlü akÕú oluúturdu÷unu fakat Froude sayÕsÕnÕn gerçek de÷erine zayÕf bir úekilde ba÷lÕ oldu÷unu tespit etmiúlerdir. Düúük Forude sayÕlarÕ için serbest yüzeyin nerdeyse düz kaldÕ÷ÕnÕ ve dönümlü akÕúÕn neden oldu÷u çalkantÕlarÕn Froude sayÕsÕ ile hÕzlÕca azalaca÷ÕnÕ ifade etmiúlerdir.
Miyata ve ark. (1990) hem deneysel hem sayÕsal olarak bir serbest yüzey ile silindir etkileúimini incelemiúlerdir. YaptÕklarÕ çalÕúmada Reynolds sayÕsÕnÕ 49600 ve silindir çapÕna göre tarif ettikleri Froude sayÕsÕnÕ yaklaúÕk 0.24 olarak hesaplamÕúlardÕr. AkÕú yapÕsÕnda meydana gelen davranÕúlarÕ ve özellikle Strouhal sayÕsÕndaki keskin de÷iúimi silindir daldÕrma derinli÷ine göre adÕm adÕm not etmiúlerdir. Daha düúük boúluk oranlarÕnda girdap kopmasÕnÕn daha az dikkate de÷er oldu÷u sonucuna varmÕúlardÕr. AkÕú görüntüleme ile akÕú yapÕsÕnÕn zamanla de÷iúti÷ini görmüúlerdir
ancak girdap kopmasÕnÕn sönümlenmesi için herhangi bir kanÕt olmadÕ÷ÕnÕ vurgulamÕúlardÕr.
Ohring ve Lugt (1991), serbest yüzey ile girdap etkileúimini Froude sayÕsÕnÕn iki durumu için incelemiúlerdir. Düúük Froude sayÕsÕnda yüzeyin sanki bir katÕ duvar gibi davrandÕ÷ÕnÕ ancak yüksek Froude sayÕsÕ için yüzeyde dikkat çekici bir deformasyon meydana geldi÷ini belirtmiúlerdir.
Tryggvason ve ark. (1991) bir önce verilmiú çalÕúmanÕn devamÕ niteli÷i taúÕyan çalÕúmalarÕnda serbest yüzeyde meydana gelen deformasyonda yüzey gerilmelerinin önemli bir rol oynadÕ÷ÕnÕ nümerik sonuçlarÕndan çÕkarmÕúlardÕr.
Sheridan ve ark. (1995) Froude sayÕsÕnÕ silindir suya daldÕrma mesafesine göre tanÕmlamÕúlar ve (U/(ghs)1/2 úeklinde ifade etmiúlerdir. Reynolds sayÕsÕnÕn 7550, Froude sayÕsÕnÕn 0.60 ve h/D=0.45 de÷eri için silindir arkasÕnda oluúan akÕúÕn davranÕúÕnÕ PIV metodu kullanarak deneysel incelemiúlerdir. AnlÕk hÕz alanÕ sonuçlarÕnda, bu daldÕrma oranÕnda ayrÕlan akÕúÕn silindir ile serbest yüzey arasÕnda bir çukur oluútuktan sonra akÕúÕn yüzeyle birleúti÷ini ve daha sonra tekrar ikinci bir çukur oluútu÷unu gözlemlemiúlerdir. AyrÕca silindir etrafÕndan ayrÕlan düzensiz girdap katmanlarÕnÕn küçük ölçekli Kelvin-Helmholtz girdaplarÕ oluúturdu÷unu söylemiúlerdir.
Sheridan et al. (1995) Froude sayÕsÕnÕn 0.60 ve daldÕrma oranlarÕnÕn 0.31 ve 0.59 oldu÷u durumlarda akÕú yapÕsÕ davranÕúÕnÕn yarÕ kararlÕ oldu÷unu belirtmiútir. Daha küçük boúluk oranlarÕndaki gözlemlerinde silindir arkasÕndaki jetin yüzeyle birleúti÷ini ve silindirle yüzey arasÕndaki bölgeyi iúgal edecek úekilde yüzeyden ayrÕldÕ÷ÕnÕ gözlemlemiútir. Daha büyük boúluk oranlarÕnda jetin, serbest yüzeyle birleúmesi ve yukarÕda bahsedilen son durum arasÕnda periyodik olmayan dönümlü hareketler yaptÕ÷ÕnÕ bulmuúlardÕr.
Ingram ve ark. (1987), Chen ve ark.(1995), Akilli ve ark.(2002), Kahraman ve ark.(2002), Akilli ve ark.(2006), sÕ÷ suya yerleútirilen dik bir silindirin arkasÕnda oluúan akÕú yapÕsÕnÕn derin su úartlarÕndaki akÕúa göre farklÕ oldu÷unu ifade etmiúlerdir.
Sheridan ve ark. (1997) yapmÕú oldu÷u bir çalÕúmada silindir üst yüzeyi ile serbest yüzey arasÕndaki mesafenin geniú bir aralÕ÷Õ için silindir arkasÕnda oluúan akÕú yapÕsÕnÕ PIV metodu kullanarak deneysel olarak incelemiúlerdir. Froude sayÕsÕnÕn 0.47 (U/(gh)1/2 0.72 ve Reynolds sayÕsÕnÕn 5990 UD/ݝ 9220 aralÕ÷Õ için deneyler yapmÕúlardÕr. Art izine yakÕn bölgenin temel sÕnÕflandÕrmasÕnÕ yapmak için yeterince düúük Froude sayÕlarÕnda çalÕúmÕúlardÕr. Bu aralÕkta serbest yüzey bozulmasÕnÕn ihmal edilebilir derecede az oldu÷unu belirtmiúlerdir.
Reichl ve ark. (1998), serbest yüzey ile bir silindir etkileúimini sonlu hacim metodu ile sayÕsal olarak incelemiúlerdir. BaúlangÕç çalÕúmasÕ olarak Froude sayÕsÕnÕn 0.60 de÷eri için ve silindir çapÕna göre tarif ettikleri 0, 0.25 ve 0.75 daldÕrma oranlarÕ için çalÕúmalarÕnÕ yapmÕúlardÕr. YaptÕklarÕ çalÕúmayÕ tüm daldÕrma oranlarÕ için Sheridan (1997) ' in deneysel çalÕúmasÕyla karúÕlaútÕrmÕúlar ve sonuçlarÕn çok uyumlu oldu÷unu belirtmiúlerdir. AyrÕca, h/D=0.25 daldÕrma oranÕnda akÕúÕn Coanda tipi bir davranÕú sergiledi÷inden bahsetmiúlerdir. Zhu ve ark. (2000) serbest yüzeye yakÕn yerleútirilen silindir çevresinde oluúan akÕú yapÕsÕnÕ daldÕrma oranÕna ba÷lÕ olarak PIV yöntemiyle araútÕrmÕúlardÕr.
Serbest yüzeye ve serbest yüzeyden farklÕ mesafelerden akÕúa daldÕrÕlmÕú silindir etrafÕnda oluúan akÕú yapÕsÕ Hoyt ve Sellin (2000) tarafÕndan boya deneyi ile incelemiúlerdir.
Akilli ve ark.(2002), akÕm çizgisi modelleri ve girdap de÷erleri ile yatak üzerindeki yüksekli÷in bir fonksiyonu olarak bir silindirin art izi yakÕnÕndaki girdap oluúum yapÕsÕnÕ tanÕmlamÕútÕr.
Aoki ve ark. (2003a), kauçuk beysbol topunun kaldÕrma ve sürüklenme gibi aerodinamik özellikleri, pürüzsüz yüzeye sahip küre ve farklÕ yüzey yapÕlarÕ olan kürelerin karúÕlaútÕrmasÕnÕ deneysel olarak gözlemlemiúlerdir. AkÕm fonksiyonlarÕnÕn takip edilmesini (spark tracing) içeren ölçme metodu kullanarak nicel hÕz da÷ÕlÕmÕnÕ ölçmüúlerdir. Beyzbol topundan dolayÕ oluúan akÕú yapÕlarÕ ve küre çevresindeki akÕú mekanizmasÕnÕ açÕklamÕúlardÕr.
Aoki ve ark. (2003b), golf topunun hareket halindeki özelliklerini; topun uçma hÕzÕ, dönme frekansÕ ve yüzeyde oluúturulan gamzelerin (yüzey pürüzlülüklerinin) etkisini deneysel olarak araútÕrmÕúlardÕr. Test ettikleri topa kaldÕrma ve sürüklenme kuvvetlerinin etkisini üç eksenli kuvvet ölçerler (load cell) kullanarak çeúitli Reynolds sayÕlarÕ, dönme hÕzÕ oranÕ, gamzelerin sayÕsÕ ve derinli÷ine ba÷lÕ olarak ölçmüúlerdir. Küre etrafÕndaki akÕúÕ ya÷ film metodu kullanarak gözlemlemiúler ve sabit küre etrafÕndaki akÕúÕ ise PIV metoduyla araútÕrmÕúlardÕr. Sürüklenme ve kaldÕrma katsayÕlarÕndaki de÷iúimleri sabit ve dönen küre için akÕú yapÕsÕnÕ dikkate alarak yorumlamÕúlardÕr.
Reichl et al. (2003) serbest yüzeye yakÕn konumda yerleútikleri silindirin art izindeki Strouhal sayÕsÕnÕn de÷iúimini düúük ve orta de÷erlerdeki Froude sayÕsÕnda sayÕsal olarak incemiúlerdir. FarklÕ boúluk oranlarÕ için düúük Froude sayÕlarÕnda (0.0, 0.20) simülasyonlar yapmÕúlar ve boúluk oranÕ de÷iútikçe Strouhal sayÕsÕnda dikkate
de÷er de÷iúimler bulmuúlardÕr. Boúluk oranÕnÕn 0.70 oldu÷u durumda Strouhal sayÕsÕnÕn maksimum de÷ere ulaútÕ÷ÕnÕ kaydetmiúlerdir. Silindir üzerinde etkili olan kaldÕrma kuvveti de÷erlerinin de÷iúimlerini çÕkarmÕúlar ve silindir ile yüzey arasÕndaki jet akÕúÕn yüzeyden kopmasÕ sonucu kaldÕrma kuvvetinde bir azalma meydana geldi÷ini tespit etmiúlerdir. AyrÕca düúük Froude sayÕlarÕnda kaymama koúuluna yakÕn sonuçlar elde etmiúlerdir. Serbest yüzeyin kaymama koúuluna benzer davranÕúÕndan dolayÕ girdap kopmalarÕnÕ sönümleme mekanizmasÕ oluúturdu÷unu ifade ettiler.
Reichl ve ark.(2005) yaptÕklarÕ çalÕúmada Fluent paket programÕ kullanarak Froude sayÕsÕnÕn 0.0~0.7 aralÕ÷Õnda ve silindir çapÕna göre hesaplanmÕú Reynolds sayÕsÕnÕn 180 de÷erine göre silindir arkasÕnda oluúan ve akÕú serbest yüzeyinde meydana gelen akÕú yapÕsÕnÕ 0.1 ile 0.5 arasÕnda de÷iúen boúluk oranlarÕ için sayÕsal olarak incelemiúlerdir. Düúük Froude sayÕlarÕnda serbest su yüzeyindeki deformasyonunun çok az oldu÷unu söylemiúlerdir. Yüzeydeki dönümlerin do÷rudan yüzey e÷imiyle ilgili oldu÷unu ve bu yüzey dönümlerinin yüksek yüzey deformasyÕnuna ba÷lÕ olarak ana akÕú bölgesine hareket etmesiyle alt kayma tabakasÕnda Strouhal sayÕsÕnÕn de÷iúimini önemli derecede etkiledi÷ini söylemiúlerdir. AyrÕca bu hareketlili÷in art izi çarpÕklÕ÷ÕnÕ ve mutlak kararsÕzlÕ÷Õ etkiledi÷ini vurgulamÕúlardÕr. Boúluk oranÕ h/D=0.16 oldu÷u durumda Froude sayÕsÕ 0 de÷erinden 0.60 de÷erine arttÕkça yüzey deformasyonun arttÕ÷ÕnÕ úekillerle ifade etmiúlerdir. Serbest kayma yüzeyi diye tarif edilen Froude sayÕsÕnÕn Fr=0 oldu÷u durumda silindirin tam yüzeye temas etti÷i boúluk oranÕ için silindir üzerinden akÕú geçiúi olmadÕ÷Õ sonucunu elde etmiúlerdir. Froude sayÕsÕnÕn 0.25Fr0.40 aralÕ÷Õnda, yüzey bozulmasÕ ve art izi dinami÷i üzerinde çok güçlü bir etkiye sahip oldu÷unu tespit etmiúlerdir.
Choi ve ark. (2006) literatürde küre yüzeyinde gamze oluúturma ile sÕnÕr tabakada enerjilendirilmiú girdaplar üretimi ile ilgili bilgilerin Bearman ve Harvey (1976 ve 1993) tarafÕndan sunuldu÷unu ifade etmiútir. Choi ve ark. (2008) golf topundaki gamzelerle sürüklenme katsayÕsÕndaki azalmayÕ gamze yüzeylerinde akÕm yönündeki hÕzlarÕ ölçerek araútÕrmÕútÕr. Gamzelerin akÕúta yerel ayrÕlmalara neden oldu÷unu ve kayma tabakalarÕnda kararsÕzlÕ÷Õ tetikledi÷ini ve bunun da büyük türbülans yo÷unlu÷u üretimi ile sonuçlandÕ÷ÕnÕ ifade etmiúlerdir. Golf topu gibi gamzeli kürede düúük sürüklenme katsayÕsÕ oluúmasÕnÕn nedeninin gamzeler içinde ayrÕlma baloncuklarÕnÕn oluúmasÕ ve akÕútaki ayrÕlmanÕn ertelenmesinden kaynaklandÕ÷ÕnÕ ifade etmiúlerdir. AyrÕlma baloncuklarÕnÕn üretilmesi, küre yüzeyinden ayrÕlma ve tekrar birleúmede oluúan kapalÕ çevrim akÕm çizgileri kayma tabaka kararsÕzlÕ÷Õ etkisindeki
küt cisimlerde sürüklenme katsayÕsÕndaki azalmanÕn akÕú kontrol stratejisi için önemli oldu÷unu ifade etmiúlerdir.
Tyagi ve ark. (2006) küre art izindeki serbest akÕm türbülansÕnÕn etkisini çalÕúmÕútÕr ve küre aúa÷Õ akÕm yönünde oluúan girdap kopmalarÕnÕn serbest akÕm türbülansÕyla sönümlendi÷ini bulmuúlardÕr.
Özgören ve ark. (2006) tek küre etrafÕndaki akÕú yapÕlarÕnÕ üst görünüú görüntüleriyle PIV yöntemiyle deneysel incelemiúler ve elde ettikleri sonuçlarÕ akÕú fizi÷i yönünden nicel olarak yorumlamÕúlardÕr.
Sürüklenme katsayÕsÕnÕn (drag coefficient) Reynolds sayÕsÕ ile de÷iúiminin pürüzsüz küre durumunda de÷iúimi ùekil 2.1.'de verilmiútir.
ùekil 2.1. Sürüklenme katsayÕsÕnÕn (drag coefficient) Reynolds sayÕsÕ ile de÷iúiminin pürüzsüz küre
durumunda de÷iúimi (Cengel ve Cimbala, 2006)
Kumar ve ark. (2008) girdap kaynaklÕ titreúimlerin pasif akÕú kontrolü için son zamanlarda keúfedilen ve alÕnan patentlerle ilgili derleme çalÕúmasÕ yayÕnlamÕútÕr. Derleme çalÕúmalarÕ gemi mühendisli÷indeki durumlarÕn pratik uygulamalarÕnda, akÕú ayrÕlmasÕnÕ önleyecek úekilde küt cismin akÕmla uyumlu form úekline dönüútürülmesi, helisel yapÕlarÕn küçük borularÕn yüzeye sarÕlmasÕ ile girdaptan kaynaklanan titreúimlerden cisimlerin korunmasÕ ile offshore yapÕlarÕn ömürlerinin artmasÕnÕ beklendi÷ini kaydetmiútir.
ùekil 2.2.'de laminer ve türbülanslÕ akÕú için duman ile elde edilen akÕú görüntüleri görülmektedir (Smits, 2000).
ùekil 2.2. Küre etrafÕnda laminer ve TürbülanslÕ akÕúta ayrÕlma (Smits, 2000)
Özgören ve ark. (2011a), küre serbest yüzey etkileúimiyle oluúan türbülanslÕ akÕú yapÕsÕnÕ Reynolds sayÕsÕnÕn 2500 Re=UD/Ȟ 10000 aralÕ÷Õnda ve küre çapÕna göre tarif ettikleri daldÕrma oranÕnÕn 0.0 h/D 2.0 aralÕ÷Õnda parçacÕklÕ akÕú görüntüleme tekni÷i ile deneysel incelemiúlerdir. Elde ettikleri sonuçlarÕ boya ile akÕú görüntüleyerek nitel ve PIV yöntemi ile nicel olarak sunmuúlardÕr. DaldÕrma oranÕ h/D=0 için oluúan ayrÕlmÕú akÕúÕn yüzeyle birleúmesi küre arkasÕndan yaklaúÕk 1.9D’lik mesafede oldu÷unu ve akÕú ayrÕlmasÕ kürenin sadece alt kÕsmÕndan oldu÷undan dolayÕ simetrik olmayan iz bölgesi oluúturdu÷unu belirtmiúlerdir. AyrÕca, bu durumun h/D=0.5’e kadar devam etti÷ini ve daha yüksek daldÕrma oranlarÕnda 1.0h//D2.0 ayrÕlmÕú akÕú bölgesi yüzeyle birleúmeden akÕm yönünde sönümlenerek serbest akÕm úartlarÕna ulaúmadÕ÷ÕnÕ tespit etmiúlerdir. Küre art izi akÕú bölgesi ve serbest akÕm ara yüzü arasÕndaki büyük hÕz farkÕ sonucu oluúan Kelvin Helmholtz girdaplarÕnÕ boya deneyi ile elde etmiúlerdir.
Özgören ve ark. (2011b), serbest yüzey ile küre etkileúimi sonucu oluúacak akÕú yapÕsÕnÕ pasif kontrol yöntemiyle Reynolds sayÕsÕnÕn 5000 de÷eri ve daldÕrma oranÕ 0.0 h/D 2.0 aralÕ÷Õ için deneysel olarak incelemiúlerdir. Pasif kontrol için küre merkezine küre çapÕnÕn %15'ine sahip çapta bir delik açÕlmÕú küre kullanmÕúlar ve sonuçlarÕ
TürbülanslÕ ayrÕlma Laminer
pürüzsüz küre ile delikli kürelerin karúÕlaútÕrmasÕ olarak sunmuúlardÕr. Girdap oluúum uzunluklarÕnÕn pürüzsüz küreye göre delikli küre durumu için daha kÕsa oldu÷unu gözlemlemiúlerdir. Serbest yüzeyin güçlü etkisinin her iki küre durumu içinde h/D=0.5 daldÕrma oranÕna kadar devam etti÷ini tespit etmiúlerdir. Kürenin serbest yüzeyle tekrar birleúme noktasÕnÕn sadece h/D=0.0 ve h/D=0.1 daldÕrma oranlarÕnda oldu÷unu ve küre ile serbest yüzey arasÕndaki mesafe arttÕkça yüzeyle birleúme noktasÕnÕn yukarÕ akÕm yönünde kÕsaldÕ÷ÕnÕ belirtmiúlerdir. Pasif akÕú kontrolü için kullanÕlan delikli küre modeli için deney sonuçlarÕnÕn pürüzsüz küreye göre daha uygun oldu÷unu net olarak tespit etmiúlerdir. Küre üzerinde basÕnç farkÕndan dolayÕ meydana gelen sürüklenme kuvvetinin delikli küre modelinde akÕúÕn art izine akÕúÕn transfer edilmesi ile azaltÕlabilece÷ini söylemiúlerdir. Pürüzsüz ve delikli bir küre ile serbest su yüzeyi arasÕndaki etkileúimleri Özgören ve ark.(2011c) tarafÕndan incelenmiútir. Belirtilen bu çalÕúmalar Özgören ve ark. (2011b-c) tarafÕndan bu tez çalÕúmasÕ kapsamÕnda yapÕlan çalÕúma sonuçlardÕr.
Özgören ve ark. (2011d), üniform akÕú altÕndaki akÕú yapÕsÕ üzerinde o-ringin sönümleme etkisini incelemek için Re=5000 de÷erinde 42.5 mm çapa sahip bir kürenin ön tarafÕndan itibaren 45o, 50o, 55o and 70o açÕlarÕnda, 2mm, 3mm ve 4mm çaplÕ o-ringler yerleútirmiútir. Onlar akÕú yapÕsÕnÕ pasif olarak kontrol etmek için optimum açÕsal pozisyonu ve o-ring çapÕnÕ sÕrasÕyla 55o ve 2mm olarak buldu. Özgören ve ark. (2011e), üniform akÕú úartlarÕna yerleútirilen bir pürüzsüz küre ve bir delikli küre için Reynolds sayÕsÕnÕn 2500Re10000 aralÕ÷Õnda parçacÕklÕ akÕú görüntüleme tekni÷i ile niceliksel ve boya görüntüleme ile niteliksel olarak deneyler yapmÕúlardÕr. Kürenin aúa÷Õ akÕm yönündeki akÕú karakteristikleri dönümlü akÕú yapÕsÕnÕn kararsÕzlÕ÷ÕnÕ önemli derece arttÕrmÕútÕr.
Kahraman ve ark.(2012), yatay bir silindir 25.4mm yüksekli÷indeki sÕ÷ suya yerleútirerek, Reynolds sayÕsÕnÕn 1124Re3374 ve Froude sayÕsÕnÕn 0.41Fr0.71 aralÕ÷Õnda parçacÕk görüntülemeli hÕz ölçme sistemi ile silindir çapÕnÕn üç farklÕ de÷eri için tam geliúmiú sÕnÕr tabaka úartlarÕnda deneyler yapmÕúlardÕr. Silindir arkasÕndaki anlÕk ve zaman ortalamalÕ akÕú modellerinin de÷iúimlerini úekiller ile sunmuúlardÕr. Girdap yo÷unlu÷u, Reynolds gerilme korelasyonlarÕ ve birincil çevrinti kabarcÕklarÕnÕn uzunlu÷unun artan silindir çapÕ ile artaca÷ÕnÕ tespit etmiúlerdir. AyrÕlan akÕúÕn yüzeye yeniden birleúme konumunun de÷iúiminin silindir çapÕ ve Froude sayÕsÕnÕn güçlü bir etkisi ile oldu÷unu bulmuúlardÕr. Dikey silindir etrafÕndaki akÕú yapÕsÕ genel olarak incelenmesine ra÷men serbest yüzey yakÕnÕna yerleútirilen dikey silindir arkasÕndaki
akÕú yapÕsÕna çok az ilgi gösterildi÷ini söyledi. SÕnÕrlÕ su derinli÷ini üç boyutlu kararsÕzlÕklarÕn geliúimini engelleyece÷ini belirtmiútir. Art izi bölgesinde yukarÕ akÕm yönünde dönen akÕúÕn bir odak noktasÕ oluúturdu÷unu ve bu durumun karÕúÕmÕ arttÕraca÷ÕnÕ söylemiúlerdir. AkÕúÕn aúa÷Õ akÕm yönündeki karÕúÕm tabakasÕnda pozitif girdaplarÕn baskÕn oldu÷unu ve Reynolds gerilme de÷erlerinin art izi bölgesinde yüksek olmasÕ akÕúÕn o bölgeye daha çok sürüklendi÷inin göstergesi olaca÷ÕnÕ tespit etmiúlerdir.
Hassanzadeh ve ark. (2012), Large Eddy Simulation ve Smagorinsky isimli dinamik türbülans modellerini kullanarak Reynolds sayÕsÕnÕn 5000 oldu÷u de÷er için, h/D=0.25, 0.5, 1.0 ve 2.0 olan dört farklÕ daldÕrma oranlarÕnda serbest yüzey altÕndaki bir küre etrafÕndaki akÕú yapÕsÕnÕ incelemiútir. DaldÕrma oranÕ h/D=0.25 oldu÷u durumda küresel cismin aúa÷Õ akÕm yönündeki art izi akÕú yapÕsÕnÕn ve serbest yüzey arasÕndaki etkileúim oranÕnÕn maksimum oldu÷unu ve daldÕrma oranÕ arttÕkça bu etkileúimin azaldÕ÷ÕnÕ elde edilen sonuçlarÕ de÷erlendirerek ortaya koyduklarÕnÕ ifade etmiúlerdir. DaldÕrma oranÕ h/D=2.0 oldu÷unda, küre art izi yapÕsÕ üzerindeki bu serbest yüzey etkilerinin yok oldu÷u belirtmiúlerdir. Bu çalÕúma 109R028 nolu TÜBøTAK projesi kapsamÕnda gerçekleútirilmiútir.
Özgören ve ark. (2012a), yaptÕklarÕ baúka bir pasif akÕú kontrolü ile ilgili deneysel çalÕúmada serbest yüzeye yerleútirdikleri pürüzsüz ve 2mm çapa sahip akÕúÕn durma noktasÕndan itibaren 55°'ye yerleútirilmiú o-ringli küreler için karúÕlaútÕrma yapmÕúlardÕr. O-ringli küre modelinde, küre üzerindeki Reynolds 5000 de÷erinde laminer olan akÕú ayrÕlmasÕnÕ o-ringler tetikleyerek akÕúÕ türbülansa geçirir, böylece akÕú ayrÕlmasÕ gecikir diye ifade etmiúlerdir. Tüm daldÕrma oranlarÕnda kürenin art izinin boyutu pürüzsüz küre göre daha küçülmüútür ve bununla birlikte küre üzerindeki sürüklenme ve kaldÕrma kuvvetinin düúebilece÷ini söylemiúlerdir. Girdap oluúum uzunlu÷u ve maksimum de÷erlerin o-ringli küre durumunda küreye daha yakÕn bölgede oldu÷unu tespit etmiúlerdir. AyrÕca kürenin daldÕrma oranÕ arttÕkça, serbest yüzeyin azalan etkisinden dolayÕ art izi bölgesinin simetrik olmayan yapÕnÕn azaldÕ÷ÕnÕ söylemiúlerdir. Bu çalÕúma 109R028 nolu TÜBøTAK projesi kapsamÕnda gerçekleútirilmiútir.
Özgören ve ark (2012b), serbest yüzey etkisi altÕnda farklÕ pasif akÕú kontrolü uygulanmÕú pürüzlü küre, o-ringli küre ve delikli küre modelleri ile pürüzsüz küre modelini karúÕlaútÕrmak için Reynolds sayÕsÕnÕn 5000 de÷erinde ve farklÕ daldÕrma oranlarÕnda deneyler yapmÕúlardÕr. Pürüzlü ve o-ringli küre deney sonuçlarÕna göre ters akÕú bölgesinin önemli derecede azaldÕ÷ÕnÕ ve bu bölgedeki dönümlü hareketin
zayÕfladÕ÷ÕnÕ belirtmiúlerdir. Yine pürüzlü ve o-ringli kürelerin küre üzerindeki laminer sÕnÕr tabakayÕ tetikleyerek akÕúÕn türbülanslÕ sÕnÕr tabakaya geçti÷ini ve türbülanslÕ sÕnÕr tabaka akÕúÕnÕn laminer sÕnÕr tabaka akÕúÕnda daha yüksek momentuma sahip olmasÕndan dolayÕ akÕú ayrÕlmasÕnÕ geciktirdi÷ini vurgulamÕúlardÕr. Genel olarak pasif akÕú kontrolü uygulanmÕú küre durumunda girdap oluúum uzunlu÷unun pürüzsüz küre durumuna göre daha kÕsa oldu÷unu söylemiúlerdir. Bu çalÕúma 109R028 nolu TÜBøTAK projesi kapsamÕnda gerçekleútirilmiútir.
Okbaz (2012), yapmÕú oldu÷u yüksek lisans tez çalÕúmasÕnda kürenin sÕnÕr tabakayla etkileúimi sonucu oluúan akÕú yapÕsÕnÕ ve bu akÕú yapÕsÕnÕn pasif kontrolünü deneysel olarak PIV yöntemi ile Reynolds sayÕsÕnÕn 2500Re10000 aralÕ÷Õnda incelemiútir. Okbaz' Õn tez çalÕúmasÕ 109R028 nolu TÜBøTAK projesinin bir bölümüdür.
Hassanzadeh (2013), yapmÕú oldu÷u doktora tez çalÕúmasÕnda tek ve çift küre etrafÕndaki akÕú karakteristiklerini akÕú durumuna göre üç farklÕ konumda araútÕrmÕútÕr. ParçacÕk Görüntülemeli HÕz ölçme (PIV) yöntemi kullanarak deneysel ve ticari yazÕlÕm olan ANSYS-Fluent ile sayÕsal olarak incelemiútir. Hassanzadeh' in tez çalÕúmasÕ 109R028 nolu TÜBøTAK projesinin bir bölümüdür.
Özgören (2013a), tek küre ve eúit açÕyla dizilmiú üç küre etrafÕndaki akÕú yapÕsÕnÕ incelemek için Reynolds sayÕsÕnÕn 5000 de÷erinde üniform akÕú úartlarÕnda PIV ve boya ile görselleútirme deneyleri yapmÕútÕr. Üçlü kürenin farklÕ boúluk oranlarÕ dizilimleri ve tek küre için strouhal sayÕlarÕnÕ hesaplayarak karúÕlaútÕrmalÕ olarak sunmuútur. Üçlü küre dizilimlerinin boúluk oranÕna ba÷lÕ olarak strouhal sayÕsÕnÕn 0.18 ile 0.28 arasÕnda de÷iúti÷ini ifade etmiútir.
Özgören ve ark (2013b), serbest yüzey etkisi altÕndaki konuma yerleútirdikleri art arda iki küre modeli için küreler arasÕ açÕklÕk oranÕnÕn 1.0G/D2.50 ve daldÕrma oranÕnÕn 0.25G/D2.0 aralÕ÷Õnda de÷iúti÷i durumlar için deneyler yapmÕúlardÕr.
Belirtilen çalÕúmalar daire kesitli silindirin serbest yüzeyle etkileúimini inceleyen çalÕúmalardan bazÕlarÕdÕr. Burada verilen çalÕúmalarÕn kaynaklarÕnda verilen çalÕúmalarda bir çok çalÕúmaya ulaúÕlabilir. Özgeçmiú bölümünde verilen ve bu tez kapsamÕnda yapÕlan araútÕrma sonuçlarÕ hariç küre serbest yüzeyi etkileúimi üzerine yapÕlan herhangi bir araútÕrmaya rastlanmamÕútÕr. YapÕlan temel araútÕrma niteli÷inde bu araútÕrma ile literatürdeki eksikli÷in giderilmesine katkÕda bulunulmuú olacaktÕr.
3. MATERYAL VE YÖNTEM
3.1. ParçacÕk Görüntülemeli HÕz Ölçme Sistemi ve Boya ile AkÕú Görselleútirme Düzene÷i
AkÕúkanlar mekani÷inde en önemli problemlerden bir tanesi de incelenen bölgede aynÕ anda birden fazla noktada ölçüm yapabilmek suretiyle o bölgenin akÕú karakteristikleri hakkÕnda bilgi sahibi olmaktÕr. Birçok hÕz ölçüm tekni÷i tek bir noktada zamana ba÷lÕ ölçümler yaparak akÕú hakkÕnda bilgi verir. KarmaúÕk yapÕya sahip özellikle iki boyutlu veya üç boyutlu akÕúlarda daimi olmayan anlÕk ölçümler için sadece bir noktada ölçüm yapmak suretiyle elde edilen veriler akÕúÕn yapÕsÕnÕ yorumlamada yeterli olmamaktadÕr. øki ve üç boyutlu akÕúlar için aynÕ anda bir düzlemsel bölgedeki anlÕk hÕz alanlarÕnÕ ParçacÕk Görüntülemeli HÕz Ölçüm (PIV) cihazÕ kullanarak elde etmek mümkün olmaktadÕr. PIV ölçme tekni÷i ile belirli bir düzlemsel yüzey alanÕ aydÕnlatÕlarak birçok noktada hÕz vektörleri aynÕ anda ölçülmektedir. ParçacÕk Görüntülemeli HÕz Ölçme Tekni÷i, bilgisayar teknolojilerinin geliúmesiyle birlikte Dijital ParçacÕk Görüntülemeli HÕz Ölçüm Tekni÷i (DPIV, Particle Image Velocimetry) ya da Zaman Çözünürlüklü HÕz Ölçme Tekni÷i olarak isimlendirilmektedir. AyrÕca çift kamera kullanÕlarak ölçüm düzlemine dik do÷rultudaki hÕzÕ ölçebilen stereo sistemler de kullanÕlmaktadÕr. Bu teknikler, daimi olmayan akÕúÕn yapÕsÕ hakkÕnda çok detaylÕ bilgiler vermektedir. Örne÷in, ayrÕlmÕú akÕú bölgesinde veya ölü akÕú bölgesinde belirli bir akÕú alanÕ içerisinde akÕú yapÕsÕnÕ belirlemek için aynÕ anda binlerce noktada anlÕk hÕzlarÕ belirli bir frekans aralÕ÷Õnda ölçmek gerekmektedir. Bu ölçme sayesinde daimi olmayan karmaúÕk akÕú yapÕsÕnÕn analizi mümkün olmaktadÕr (ùahin ve ark., 2003).
PIV’nin di÷er hÕz ölçme yöntemlerine göre birçok avantajÕ vardÕr. PIV yöntemi di÷er hÕz ölçme yöntemleri ile karúÕlaútÕrÕldÕ÷Õnda; PIV yöntemi akÕúla do÷rudan temas etmedi÷i için ölçüm yapÕlan yerde akÕúÕn yapÕsÕnÕ etkilemez ve anlÕk olarak bir saniyede 15 kere veya daha fazla ölçüm yapÕlabilir. Günümüzde yüksek teknoloji içeren PIV yöntemiyle bulunan sonuçlar, akÕú fizi÷inin temelini kavramada, hesaplamalÕ akÕúkanlar mekani÷i araútÕrma sonuçlarÕnÕn de÷erlendirilmesinde ve tasarÕm uygulamalarÕnda güvenle kullanÕlmaktadÕr. Milisaniyeden daha kÕsa poz süresinde bütün alan görüntü yakalama kabiliyeti ile birlikte do÷rulu÷u, esnekli÷i ve çok yönlülü÷ü; ses üstü akÕúlar, patlamalar, alev yayÕlmasÕ, kabarcÕk büyümesi ve patlamasÕ, türbülanslÕ akÕú ve daimi olmayan akÕú çalÕúmalarÕnda kullanÕlmasÕ, PIV sistemini de÷erli kÕlmaktadÕr (Çengel ve
Cimbala, 2007). Bu nedenle, PIV yöntemi uygulamalarÕna; dalmÕú cisimler (küre, silindir, elips, kare, bina vb.) etrafÕndaki akÕúlarda, içten yanmalÕ motorlarda, taúÕt aerodinami÷inde, daimi olmayan aerodinamik ve türbülanslÕ akÕú uygulamalarÕnda, kompleks geometriler içeren akÕúkanlar mekani÷i uygulamalarÕnda, jet akÕúlarÕnda (lüle veya yayÕcÕlarda), ayrÕlmÕú akÕúkanlarda, iki fazlÕ akÕúlarda, bio-mühendislikte, CFD modellerinin deneysel sonuçlarla do÷rulanmasÕnda, uçak mühendisli÷inde (kanat ve uçak gövdesi tasarÕmÕnda), çevreyle ilgili araútÕrmalarda (yanma araútÕrmalarÕnda, dalga akÕúlarÕnda, kÕyÕ mühendisli÷i, gel-git akÕú hareketlerinin modellemesi, nehir hidrolojisi), sÕ÷ su akÕúlarÕnda, boru ve kanal akÕúlarÕnda, aerodinamik testler için rüzgar tüneli ölçümlerinde (trenler, uçaklar, arabalar binalar, köprüler, rüzgar türbinleri, fan kanadÕ tasarÕmÕnda vb. cisimler etrafÕndaki akÕúlarda), hidrolik ve hidrodinamik (pompalar, kavitasyon, gemi gövdesi tasarÕmÕ), turbo makineler (fan, kompresör, türbin kanatlarÕ çevresindeki akÕú) gibi birçok alanda rastlamak mümkündür.
Dijital ParçacÕk Görüntülemeli HÕz Ölçme Tekni÷i yönteminde (DPIV) akÕú (su akÕúÕ) içerisine 11 mikrometre çapÕnda, yo÷unlu÷u su yo÷unlu÷una yakÕn parlak metal kaplÕ gümüú parçacÕklar ekilmektedir. Bu parçacÕklar, çok küçük çapa sahip olduklarÕndan ve yo÷unluklarÕ suyun yo÷unlu÷una çok yakÕn oldu÷undan içinde bulunduklarÕ su ile aynÕ hÕzda hareket etmektedir. Ölçüm süresince de homojen bir úekilde su içinde askÕda kalmaktadÕrlar. Ölçüm yapmak istenilen bölgeye lazer demeti gönderilerek bir görüntüleme yüzeyi oluúturulur. Ölçüm yapÕlacak alan darbeli lazer ÕúÕk kayna÷Õ ile aydÕnlatÕldÕ÷Õnda bu parçacÕklar parlamaktadÕr. KullanÕlacak partiküllerin genel özellikleri; Lazer ÕúÕ÷ÕnÕ iyi yansÕtmalÕ, korozyon oluúturmamalÕ, akÕúÕn gerçekleúti÷i ortamda kanal ekipmanlarÕ ve modelde aúÕnmalara neden olmamalÕ, zehirli olmamalÕ, akÕúkanÕn saydamlÕ÷ÕnÕn korunmasÕ için temiz olmalÕ ve çok küçük hÕz de÷erlerinin hesaplanabilmesi için lazer ÕúÕ÷ÕnÕn úiddeti partiküllerde çok fazla yansÕma yapmamalÕdÕr. AkÕúkan içinde asÕlÕ olarak bulunan partiküllerin hareketi; partikülün úeklinden dolayÕ sürüklenme (drag) kuvveti, partikülün büyüklü÷ü, partikülün akÕúkana göre yo÷unlu÷u, partikülün çevresindeki akÕúkana göre hÕzÕnÕn de÷iúimi, akÕúkan içindeki partikül yo÷unlu÷u akÕú hareketi süresince partiküllerin birbirleri arasÕndaki etkileúimden, akÕúkanÕn uyguladÕ÷Õ kuvvetlerden (basÕnç ve sürtünme kuvvetlerinden) etkilenir. DolayÕsÕyla bu parçacÕklarÕn en temel özelli÷i, ÕúÕ÷Õ yansÕtmalarÕ ve akÕúÕ etkilemeden olabildi÷ince akÕúla beraber hareket etmeleridir. Bu sistemde bir eú zamanlayÕcÕ kullanÕlarak lazer ile kameralarÕn eú çalÕúmasÕ sa÷lanmaktadÕr. Elde edilen görüntüler elektronik bir sistem tarafÕndan bilgisayara kaydedilmektedir. Bilgisayar
lazer kayna÷Õna belirli aralÕklarla sinyal yollamaktadÕr (30 sinyal/saniye). Her sinyalde milisaniye mertebesindeki ǻt zaman aralÕklarÕ ile iki foto÷raf dijital kamera tarafÕndan çekilir ve bilgisayara aktarÕlÕr. Dijital kamerayla bilgisayar hafÕzasÕna kaydedilen foto÷raflarÕn iúlenmesi ile iki boyutlu Kartezyen koordinatlarda akÕúa dik ve akÕú do÷rultusunda hÕz vektörleri hesaplanmaktadÕr. Daha sonra çeúitli ticari ve “in-house” yazÕlÕmlar kullanÕlarak akÕú düzleminin analizleri yapÕlmaktadÕr. Girdap, akÕm çizgisi, Reynolds gerilmeleri, hÕz de÷erlerinin RMS’leri ve sirkülasyon gibi akÕúÕn yapÕsÕ hakkÕnda bilgi veren di÷er parametrelerde hesaplanabilmektedir. PIV yöntemiyle yapÕlan ölçümlerle, iki boyutlu hÕz vektörleri kullanÕlarak zaman ortalamalÕ olmak üzere; ortalama girdap eú düzey e÷rileri, ortalama hÕz, ortalama akÕm çizgileri ve akÕúa ait türbülans gerilmelerinin de÷iúimleri hesaplanmakta ve de÷erlendirilmektedir. Bu akÕú ölçme tekni÷i, türbülanslÕ akÕú yapÕlarÕnÕn fiziksel olarak anlaúÕlmasÕna son yÕllarda büyük faydalar sa÷lamÕútÕr.
YapÕlan araútÕrma sonuçlarÕnda, PIV yönteminde katÕ parçacÕklarÕn üniform olarak da÷ÕlmamasÕ, görüntü alÕnmasÕ anÕnda partiküllerin üst üste gelmesi, partiküllerin görüntü alma anÕnda lazer düzleminden dÕúarÕya do÷ru hareket etmesi ve/veya düzlem dÕúÕndaki partiküllerin lazer düzlemine girmesi, hÕz vektörlerinin hesaplandÕ÷Õ alanÕn boyutu, elektronik ve optik gürültülerden kaynaklanan toplam belirsizlik de÷erinin %2 den az oldu÷unu belirtilmektedir (Adrian 1991,Westerweell 1993 ve Özgören 2006).
PIV sisteminin önemli parçalarÕ, ùekil 3.1.’de görüldü÷ü gibi, eú zamanlÕ kontrol cihazÕ (synchronizer), akÕúÕn aydÕnlatÕlmasÕ (lazer), optik sistemi (mercekler) ve ÕúÕ÷Õn yansÕmasÕnÕ sa÷layan partiküller, CCD (Charged Couple Device) kamera ve çekilen resimleri bilgisayara aktaran donanÕmÕn (frame grabber) ve bunlarÕ proses eden bilgisayar programÕdÕr. Deney düzene÷i kanal baúlangÕcÕndan tamamen türbülanslÕ geliúmiú kanal akÕúÕnÕn oluútu÷u 4 m uzaklÕ÷a yerleútirilmiútir.
HÕz ölçümleri için PIV yöntemi, görselleútirme ve görüntü iúleme adÕnda iki adÕmdan oluúur. . ølk adÕm, akÕúkan hareketinin izlenmesi için uygun parçacÕklar akÕúa ekilmektedir. SonrasÕnda darbe (puls) halinde bir adet lazer ÕúÕ÷Õ tabakasÕ, istenen düzlemdeki akÕú alanÕnÕn ince bir dilimini (düzlemini) aydÕnlatÕr ve ÕúÕk tabakasÕna dik açÕda yerleútirilmiú dijital video kamera ile görüntüler alÕnÕr. Çok kÕsa bir zaman periyodundan sonra parçacÕklar ikinci bir lazer ÕúÕ÷Õ tabakasÕ ile tekrar aydÕnlatÕlÕr ve yeni konumlarÕ kaydedilir. Üst üste bindirilmiú bu iki kamera görüntüsündeki bilgi kullanÕlarak, oluúturulan hücreler (grid) içindeki yer de÷iútirmeleri bulunur. Burada, 532 nm’lik çift dalga boyuna sahip kÕzÕl ötesi radyasyon dalgasÕ gönderebilen, her
parlamada 120 mJ enerjiye sahip, lazerden çÕkan ÕúÕk iç bükey/dÕú bükey silindirik ve/veya küresel mercekler aracÕlÕ÷Õyla 1.5 mm kalÕnlÕ÷Õnda lazer ÕúÕk demeti (perdesi) oluúturabilen çift darbeli Nd:Yag lazeri kullanÕlmÕútÕr.
ùekil 3.1. ParçacÕk Görüntülemeli HÕz Ölçüm (PIV) CihazÕ ile AkÕm HÕzÕnÕn Ölçümünün akÕú diyagramÕ
(Anonim , 2012).
Lazer cihazÕ yüksek yo÷unluklu bir so÷utma birimi içeren bir lazer güç ünitesi tarafÕndan beslenir. Mevcut lazer ÕúÕk kayna÷Õ ile saniyede en çok 15 hÕz ölçümü alÕnabilmektedir. Lazer belli aralÕklarla ÕúÕr ve iki ÕúÕma arasÕnda CCD kamera ile görüntüler alÕnÕr. Sonra görüntüler dijital olarak bilgisayara kaydedilir. Ölçüm alanÕnda aydÕnlatÕlan parçacÕklarÕn hareketlerinin yakalanabilmesi için yüksek çözünürlüklü (1600x1180 piksel) bir CCD (Charge Coupled Device) kamera kullanÕlmaktadÕr. Eú zamanlayÕcÕ (Synchronizer) sayesinde lazer parlamasÕ ile kameranÕn eú zamanlÕ yani senkronize bir úekilde çalÕúmasÕ gereklidir. Yani, lazer parlamasÕ ile kamera senkronize bir úekilde çalÕúmakta ve böylece lazer demetinin birinci anlÕk parlamasÕ kamerada birinci kareye, ikinci parlamasÕ da ikinci kareye kaydedilmekte ve ikinci kayÕttan sonra her iki görüntü de bilgisayara aktarÕlmaktadÕr. Ölçüm alanÕnda aydÕnlatÕlan parçacÕklarÕn hareketlerinin yakalanabilmesi için yüksek çözünürlüklü CCD kamera, lazer ÕúÕk perdesine dik bir pozisyonda yerleútirilir. Böylece lazer demetinin birinci anlÕk parlamasÕ kamerada 1600x1180 piksel boyutunda birinci kareye, ikinci parlamasÕ
da ikinci kareye kaydedilmektedir. øúte bu iki kayÕttan her iki kare de bilgisayara aktarÕlmakta ve belirli bir oranla üst üste getirilerek akÕú alanÕndaki partiküllerin izledi÷i yollar hesaplanmaktadÕr. Saniyede 30 kare yakalanarak, alÕnan görüntüler birbirleriyle çapraz iliúkilendirilir (cross correlation) edilir. Çapraz korelasyon sonucunda milisaniye aralÕktaki çekilen iki foto÷raftaki parçacÕklarÕn ortalama yer de÷iútirmesinden bir hÕz alanÕ olmak üzere toplam 15 Hz frekansta veri toplanmaktadÕr. Bilgisayar yardÕmÕ ile elde edilen sinyaller iúlenir ve kullanÕcÕnÕn arzu etti÷i veri, sunum ve istatistiksel bilgilere dönüútürülür.
PIV bir akÕú görüntüleme metodudur. AkÕú görüntülemeli ölçme sistemlerinin faydalarÕ aúa÷Õda özetlenmiútir.
a) AkÕú fizi÷inin anlaúÕlmasÕnÕ kolaylaútÕrÕr ve akÕúÕn fiziksel modeli hakkÕnda bilgi verir.
b) AkÕú yapÕlarÕnÕn do÷ru yorumlanmasÕ için; akÕútaki türbülansÕn, cisim etrafÕnda oluúan eddy (küçük girdap) hareketlerinin, akÕúÕn karmaúÕk üç boyutlu fiziksel yapÕsÕnÕn anlaúÕlmasÕnÕ sa÷lar. Ters akÕútaki akÕú büyüklükleri ölçülebilir.
c) AkÕútan dolayÕ oluúan, dinamik kuvvetler hakkÕnda bilgi verir.(basÕnç, yüzey kuvvetleri, viskoz kuvvetleri).
d) Küt cisimler etrafÕndaki akÕúlarÕn incelenmesi; bu cisimlere (engeller, bina, silindir, küre vb.) hakkÕnda detaylÕ bilgi verir.
e) Noktasal ölçümler, pitot tüpü ölçümü vb. gibi yöntemlerde akÕúa müdahale vardÕr. Bu yöntemde akÕúa müdahale etmeden ölçüm yapÕlÕr.
f) Noktasal ölçümde sadece bir noktadaki zamanla hÕz de÷iúimi ölçülür. Ancak PIV yönteminde görüntülenen akÕú alanÕ içindeki tüm noktalarda aynÕ anda zamanla de÷iúen hÕz ölçümü yapÕlabilir. AkÕú alanÕ üzerinde bazen 30,000’nin üzerinde noktada ölçüm aynÕ ayna yapÕlabilir.
g) Noktasal ölçüm yapan cihazlara göre deney yapma zaman azalÕr (hazÕrlanmÕú deney düzenekleri farklÕ modeller için kolayca uyarlanÕr).
h) Ölçme metodu akÕúa müdahale etmedi÷i için basÕnç düúüúüne neden olmaz. i) AkÕúkanla do÷rudan temas olmadÕ÷Õ için paslanma, kirlenme veya tÕkanma gibi tehlikeler söz konusu de÷ildir.
j) Öngörülen hÕz ölçüm do÷ruluklarÕ %2-4 arasÕnda de÷iúir
Bu tez çalÕúmasÕnda, su kanalÕ içine yerleútirilen küre etrafÕnda oluúan daimi olmayan akÕú yapÕsÕ boya ve parçacÕk görüntülemeli hÕz ölçme tekni÷i (2D-DPIV) ile deneysel olarak incelenmiútir. Deneyler iki kÕsÕmdan oluúmaktadÕr. ølk kÕsÕmda boya
deneyleri yapÕlmÕú ve küre etrafÕndaki akÕú yapÕsÕ hakkÕnda genel bilgiler elde edebilmek için, küre etrafÕndaki akÕúÕn art iz bölgesine, küre yüzeyinden 0.3-1 mm çapÕndaki deliklerden çok düúük hÕzda boya enjekte edilmiútir. Boya deneylerinde uygulanan yöntem úöyledir; ÕúÕ÷a duyarlÕ boya (Florasan Boya, Rhodamine 6G veya Rhodamine B) su ile karÕútÕrÕlarak çözelti haline getirilir. Boya çözeltisi gün ÕúÕ÷Õnda saydam görünümdedir. Ancak boya karanlÕk bir ortamda lazer ile aydÕnlatÕldÕ÷Õnda parlak görünür haldedir. Bir kapta hazÕrlanan boya çözeltisi, belirli bir yükseklikten küre yüzeyindeki deliklerden akÕú ortamÕna enjekte edilir. AydÕnlatma iúlemi lazer ÕúÕ÷Õ ile yapÕlÕr. KaranlÕk ortamda boya ve dolayÕsÕyla akÕú yapÕsÕ görünür hale getirilir. IúÕk rengi yeúil, kÕrmÕzÕ ve sarÕ renklerde lazer ve boyaya ba÷lÕ olarak oluúmaktadÕr. Görünür hale gelen akÕú yüksek hÕzlÕ ve çözünürlüklü kamera (SONY DCR TRV 355E ve Canon VIXIA HF S100 HD) ile film olarak kaydedilir. Çekilen film bir ticari program kullanÕlarak salise mertebesinde görüntülü resimlere ayrÕlmÕú ve seçilen foto÷raf görüntülerinden akÕú fizi÷inin yapÕsÕ detaylÕ olarak incelenmiútir. Boya deneylerinde laboratuarda bulunan Lazer ünitesi ve lazer ÕúÕ÷Õ altÕnda (532 nm dalga boyunda) parlayan Rhodamine 6G boya kullanÕlmÕútÕr.
(a)
(b)
ùekil 3.2. Boya deneylerinde kullanÕlan kesintisiz lazer ünitesi
Boya deneylerinde kullanÕlan kesintisiz lazer ünitesi kayna÷Õ foto÷raf görüntüsü ùekil 3.2.’de verilmiútir.
3.2. Deneylerde KullanÕlan Küreler
Deneylerde kullanÕlan küreler akrilik (pleksiglas) ve derlin malzemeden yapÕlmÕútÕr. Küre çaplarÕnÕn imalat hassasiyetleri; ±0.0025 mm hassasiyetli üç boyutlu koordinat ölçme cihazÕ “Fercanti Metrology System” ile ölçülmüú ve 42.5±0.005 mm olarak bulunmuútur. ùekil 3.3.'te pürüzsüz küreler gösterilmiútir. Bu küreler boya deneyi ve PIV deneyi için farklÕ olarak imal edilmiútir. Boya deneylerinde kullanÕlan kürelerin üzerinde boya çÕkÕúÕ için 0.3-1mm çapÕnda delikler bulunmaktadÕr. ùekil 3.4.'te ise boya
delikleri açÕlan küreler gösterilmiútir. ùekil 3.5.’te imal ettirilen pürüzlü küre resimleri, ùekil 3.6.’da o-ringli küre resimleri ve ùekil 3.7.’de ise delikli kürelerin foto÷raf görüntüleri verilmiútir.
ùekil 3.3. PIV deneylerinde kullanÕlan akrilik malzemeden yaptÕrÕlmÕú küreler.
ùekil 3.4. Boya deneylerinde kullanÕlan küreler ve küre yüzeyinde oluúturulan boya delikleri.
a) pürüzsüz b) 55o
ùekil 3.6. PIV ve boya deneylerinde kullanÕlan o-ringli küre (D=42.5 mm ve do-ring=2mm), o-ring açÕsÕ
kürenin akÕúla ilk temas etti÷i tepe noktasÕndan o-ringin yerleútirildi÷i mesafeyi göstermektedir
ùekil 3.7. PIV ve boya deneylerinde kullanÕlan delikli küre
Akrilik malzemeden imal edilen kürelerin yüzeyi lazer ÕúÕ÷ÕnÕn kÕrÕlmasÕnÕ azaltmak için parlatÕlmÕútÕr. Derlin malzemeden yaptÕrÕlan küreler ise CNC tezgâhta üretildi÷i úekilde lazer ÕúÕ÷ÕnÕ yansÕtmasÕnÕ azaltacak úekilde boyanarak kullanÕlmÕútÕr. Küre deneyleri sÕrasÕnda açÕk kanal su akÕúÕnÕn derinli÷i ise 450mm alÕnmÕútÕr. Deneyler, kürelerin serbest akÕú yüzeyinden uzaklÕ÷Õ (h/D) farklÕ de÷erlerinde ve Reynolds sayÕsÕnÕn farklÕ de÷eri için yapÕlmÕútÕr. Lazer ÕúÕ÷ÕnÕn geçece÷i küre merkezinde mercek etkisini minimize etmek için kürenin içinde su ile doldurulan boú bir hazne oluúturulmuútur. IúÕ÷Õn geçti÷i yerin cidar kalÕnlÕ÷Õ yaklaúÕk 2.5 mm’dir. Bu haznenin iç-dÕú yüzeyi ve küre yüzenin di÷er kÕsÕmlarÕ viskoz sürtünme kuvvetlerin asgari miktarda olmasÕnÕ sa÷lamak ve lazer ÕúÕnlarÕnÕn kÕrÕlmasÕnÕ azaltmak amacÕyla özel bir yöntemle parlatÕlarak pürüzlülükleri minimuma indirilmiútir.
3.3. KapalÕ Devre AçÕk Su KanalÕ ve Küre Tutturma MekanizmasÕ
Bu çalÕúma, Çukurova Üniversitesi, Makine Mühendisli÷i Bölümü, AkÕúkanlar Mekani÷i LaboratuarÕnda kurulu olan kapalÕ devre açÕk su kanalÕnda gerçekleútirilmiútir. Su kanalÕ, iki adet su deposu ve bu iki depo arasÕnda bulunan ve boyutlarÕ 8000x1000x750 mm (uzunluk x geniúlik x yükseklik) olan pleksiglas (döküm akrilik levha) kÕsÕmdan oluúmaktadÕr. ùekil 3.6.'da açÕk su kanal düzene÷inin úematik úekli görülmektedir. Kanal tabanÕ ve yan duvarlar saydam pleksiglas malzemeden yapÕlmÕú olup, böylece ölçümler için pürüzsüz ve saydam bir yüzey elde edilmiútir. Kanal içerisindeki suyun akÕúÕ, bir hÕz kontrol ünitesi yardÕmÕyla de÷iúik devirlerde çalÕútÕrÕlan bir santrifüj pompa yardÕmÕyla sa÷lanmaktadÕr. Suyun giriúteki su tankÕndan üniform olarak çÕkmasÕnÕ sa÷lamak amacÕyla haznenin kanal kesitine ulaútÕ÷Õ bölgeye akÕú düzenleyici petek sistemleri (honeycomb) yerleútirilerek kanal giriúinde suyun mümkün oldu÷u kadar çalkantÕsÕz ve düzenli olarak girmesi sa÷lanmÕútÕr.
ùekil 3.8. AçÕk kanal deney düzene÷i.
Su sirkülasyonu için kullanÕlan pompa tek kademeli, salyangoz gövdeli yatay santrifüj pompa olup en yüksek pompa debisi 300 m3/h’dir. Deneyler boyunca lazer kayna÷Õ farklÕ yüksekliklere yerleútirilen kürenin ekvatorundan (merkezinden) geçecek úekilde yerleútirilmiútir. Kürenin arkasÕnda oluúan art izini kaplayacak úekilde aydÕnlatma yaptÕrÕlmÕú ve aydÕnlatÕlan alanda hÕz ölçümleri yapÕlmÕútÕr. ùekil 3.7.'de
