Eğik şok kaynaklı laminer sınır tabaka ayrılmasının hesaplamalı yöntemlerle incelenmesi

Bu çalışmanın temel amacı düz plaka üzerindeki şok dalgası ile sınır tabaka etkileşiminin fiziğini kavramaktır. Bu çalışma sayesinde etkileşim bölgesinin hangi durumlarda daimi ve daimi olmayan akış meydana getirdiği ortaya çıkarılmıştır. Hava araçlarına olan zararı göz önüne alındığında, akış yapısının zamana bağlı etkilerini önlemek için plaka yüzey sıcaklığı değiştirilmiştir. Gerçekleştirilen çalışmalarda parametrik bir analiz serisi hazırlanmıştır. Gelen şokun açısı ile yatay düzlem arasındaki açı β her bir analizde değiştirilmiş ve yataydaki düz plaka üzerinde gelişmiş sınır tabaka ile etkileşimi incelenmiştir. Mach sayısı da parametrik olarak değiştirilmiş, bu değişimin şok dalgası sınır tabaka etkileşimi üzerindeki etkisi gösterilmiştir. Etkileşim esnasından oluşan şok dalgalarının, sınır tabakadaki ayrılma / yüzeye yeniden tutunma noktalarının ve ayrılma bölgesindeki baloncukların nicelik ve nitelik olarak değerlendirilmesi yapılmıştır. Gözlenen farklı akış yapıları zamana bağlı ya da zamandan bağımsız olarak sınıflandırılmış, ayrıca akışın 2-boyutluluk etkileri incelenmiştir. Analizler için çözüm ağı üretilirken dörtgen elemanlara sahip bir ağ kullanılmıştır. Bunun yanında akış fiziğini uygun modellemek, şok dalgalarının çarpma / yansıma noktalarını hassas olarak belirlemek için gelen / yansıyan eğik şok dalgaları civarına, sınır tabaka ve etkileşim bölgelerine özel düzenleme ile çözüm ağı sıklaştırılması uygulanmıştır. Bu sayede şok dalgası arkası ve önündeki ani değişen akış özellikleri ve etkileşim bölgesinde kalınlaşan sınır tabaka içindeki akış yapısı bu özel düzenleme ile gerçek fiziğe uygun çözüm alınmıştır. Parametrik analizler gerçekleştirilmeden önce, çözüm ağından ve zaman adımından bağımsız çözümler elde edildiği gösterilmiştir. Tüm analizler sıkıştırılabilir, zamana bağlı bünye denklemlerini Sonlu Hacimler Yöntemi (Finite Volume Method) ile çözmek için geliştirilen OpenFOAM çözücüsü ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmaların açık kaynak kodlu yazılım ile gerçekleştirilmesi araştırmacıya bu alandaki bilimsel çalışmaları anlama ve yeni özgün çalışmalar yapma fırsatı tanımıştır. OpenFOAM yazılımı içinde bulunan birkaç sıkıştırılabilir akış çözücüsünden biri olan rhoCentralFoam yöntemi ile sıkıştırılabilir akış fiziğini modellemek mümkündür. rhoCentralFoam yoğunluk temelli sıkıştırılabilir akış çözücüsüdür ve Kurganov & Tadmor'un central-upwind şeması ile kullanılmaktadır. Kullanılan yöntem zamanda 1, uzayda ise 2. dereceden hassasiyet sağlamaktadır. Bu analizler bahsedilen özellikler ile beraber kullanılarak gerçekleştirilmiş, alınan sonuçlar kaynaklardan ulaşılması mümkün deneysel ve nümerik veriler ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma ile kullanılan çözücünün ve yöntemlerinin modelleme kapasitesi de anlaşılmaya çalışılmıştır. Analiz sonuçları etkileşim bölgesinde yer alan baloncukların sayısı , alt duvar üzerindeki yüzey kayma gerilmesi ve basınç dağılımı sayısal olarak incelenmiş; ayrıca vorteks yapıları Q-kriteri metodu kullanılarak görselleştirilmiştir