Çok Alçak Re için Bir Çözüm Denemesi
Çarşamba, 17 Nisan 2019

Bâzı mühendislik çalışmaları açısından çok alçak Reynolds sayılarındaki akış şartları son derece önemli hâle gelmektedir. Bu doğrultuda, ileride ele alınması düşünülen, bilhassa biyotaklit temelli incelemeler için gerçekleştirilmesine ihtiyaç duyulan doğrulama faaliyetinin başlangıcını meydana getirecek olan bu ilk denemenin özeti aşağıda ilgilenenlere sunulacaktır.

NACA0012 kesiti etrafında Re 1.000 için hesaplanan girdaplılık dağılımı

Bu çalışmada OpenFOAM yerine Gerris adlı çözücüyü kullanmayı tercih ettim. Her ne kadar OpenFOAM ile de aynı çalışma gerçekleştirilebilecek olsa da söz konusu tercihin birden fazla mâkûl sebebi mevcuttu ki daha sonra yeri geldikçe bunlardan bahsedilecektir. Yeni sitede farklı açık-kaynak mühendislik yazılımlarına da ağırlık vererek olabildiğince fazla genç mühendis adayı ve mühendisin bu doğrultuda hem kendi hem de ülke çıkarları açısından doğru olan istikâmeti görebilmesi için küçük bir katkı sağlayabilmeyi de ümit ediyorum...

Öncelikle Gerris de açık-kaynaklı bir yazılımdır. Diğer taraftan bir DNS1 çözücüdüsür ve bir türbülans modelini doğrudan desteklemez. Tabii bu durum eğer elinizin altında gerçek bir süperbilgisayar mevcut değilse alçak denilebilecek Reynolds sayılarında çalışmayı bile hemen hemen imkânsız hâle getirebilir. Yine de burada olduğu gibi çok alçak Re değerleri söz konusu olduğunda sıradan bir bilgisayarla bile kısıtlı da olsa birşeyler yapabilmek mümkün olabilmektedir.

Şimdilik Gerris çözücüsü hakkında fazla ayrıntıya girilmeyecek ki mevzu çok uzamasın. Hemen sadede gelirsek; mikro insansız araçlar olarak sınıflandırılan çok küçük boyutlu cihazların hareket ihtiyaçları başta Reynolds sayısı olmak üzere çeşitli değişkenlere bağlı olarak şekillenen durumlar neticesinde geleneksel aerodinamik ve hidrodinamik kavramlarından ciddi farklılıklar göstermektedir. Bu sebeple geçtiğimiz 15-20 sene, böcek ölçeğindeki akışkan dinamiği çalışmalarının giderek arttığı bir dönem olmuştur.

Söz konusu alandaki bu ilk çalışmada yakın tarihte gerçekleştirilen gerek denel gerekse hesaplamalı çalışmalar ile bir karşılaştırma da yapmak gerekli olduğu için akademik câmiada yaygın olarak üzerinde çalışılan naca0012 kanat kesiti etrafındaki akışın Re 1.000 için hesaplamalı bir yaklaşımla incelenmesi tercih edildi.

NACA0012 kesiti etrafında Re 1.000 için hesaplanan kaldırma katsayısı değerleri

Resim.1) Burada denenen yaklaşımla elde edilen Kaldırma Katsayısı (Cy) değerlerinin [Üsküdar - 2019] yayınlanmış muhtelif çalışmalarla karşılaştırılması. Kuvvet katsayıları yanında (diğer resimlerde gösterilen) girdap dökülmesi davranışları da uyumlu değerler sergilemiştir. Velhâsıl elde edilen sonuçların gâyet tatmin edici olduğu da rahatlıkla ifâde edilebilir.
Kaynak [2] üzerinde karşılaştırmada kullanılan diğer çalışmaların ayrıntıları görülebilir.

Böylesine alçak Re sayılarında, akış yüksek seviyede doğrusal-olmayan davranışlar gösterir ve oldukça karmaşık luzûcî etkiler söz konusudur. Bu hususlar gerek denel gerekse hesaplamalı çalışmaları güçleştirmektedir. Yine de Gerris ile elde edilen bu ilk hesaplamalı sonuçların gâyet ümit verici olması neticesinde sonraki safhalara ilerleyebilmemiz mümkün olabilecektir.

Tâkip edecek ikinci kademede gerçek böcek kanadı kesitlerinin aerofoil kesitleriyle çeşitli hücum açılarında karşılaştırılması, üçüncü kademede kanat çırpma hareketlerinin modellenmesi vesaire düşünülmektedir. Asıl hedefimiz mikro sualtı araçları olduğu hâlde şimdilik böceklerle ilgileniyoruz çünkü bu daha kolay. Eğer kullanılan yaklaşımlar ile belli bir olgunluk seviyesine ulaşılabilirse son safhada küçük balıklarının 3B yüzme çözümleri üzerinde çalışmaya başlanabilir...

NACA0012 Re 1.000 için 0-90derece arasında girdaplılıklar

♦ Açıklamalar

1. DNS: Direct Numerical Simulation / Doğrudan Sayısal Benzetim [geri]

♦ Kaynaklar

1. On the Unsteady Behavior of the Flow Around NACA 0012 Airfoil with Steady External Conditions at Re=1000, 2015, Dilek Funda Kurtuluş
2. On the Wake Pattern of Symmetric Airfoils for Different Incidence Angles at Re=1000, 2016, Dilek Funda Kurtuluş
3. Investigation of the Flow Around Uncambered Airfoils at 1000 Reynolds Number Using Computational Fluid Dynamics for Micro Air Vehicles, 2017, Emad Uddin - Muhammad Adil Naseem - Saif Ullah Khalid - Aamir Mubashar - Samiur Rehman Shah
4. Gerris genelağ sitesi - http://gfs.sourceforge.net/wiki/index.php/Main_Page
 
Telif Hakkı © 1997-2019 [uskudar.biz]
- sürüm 6.0.0 - Bütün Hakları Saklıdır.
Kullanım şartları için tıklayın!