Torpedo-benzeri geometrisindeki akış özelliklerindeserbest yüzey ve pasif kontrol etkileri

Bu çalışmada, torpido-benzeri geometri olarak adlandırılan serbest yüzeyin etkisi altında modellerin etrafındaki akış yapısı sayısal ve deneysel yöntemlerle araştırılmıştır. Sayısal çalışmada ANSYS-Fluent yazılımının sıkıştırılamaz çözücüsü kullanılmıştır. Deneysel çalışmada ise boya görselleştirmesi ve parçacık görüntülemeli hız ölçme yöntemleri uygulanmıştır. Akış yapısının geometri etrafındaki daimi olmayan akış özelliklerini hesaplamak için Büyük Girdap Simülasyonu (LES) türbülans modeli ile çözümlemeler yapılmıştır. Serbest yüzeyde hava-su ara yüzeyindeki akış özelliklerinin belirlenmesi için sıvı/gas akış oranı hacmi modelleme (VOF) yöntemi kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar, torpido benzeri geometrinin serbest yüzeye yakın olması nedeniyle hız alanı, akım çizgileri, girdap ve kinetik enerji gibi akış karakteristiklerin simetrik olmadığı görülmüştür. Bu nedenle, sonuçta meydana gelen sürükleme kuvvetinin (FD), daldırma oranı h/D = 0.75'e göre üniform akışa kıyasla arttığı bulunmuştur. Daldırma oranı h/D = 2.5 için akış yapısının simetrik bir formda oluştuğu, serbest yüzey etkisinin ihmal edilebilir düzeye indiği ve buna bağlı olarak üniform akış durumuna benzer akış özellikleri olduğu görüldü. Ayrıca, Reynolds sayısı 20x103'den 40x103'e yükseldiğinde ve sürükleme kuvvetinin (FD), daldırma oranı (h/D) arttıkça azaldığı, girdap uzunluğunun kısalarak modelin kuyruk kısmına yaklaştığı ve art izi bölgesi küçülmüştür. Pasif akış kontrol uygulaması ile aynı burun geometrisine sahip modelin kuyruğuna 3 ve 4 kanat eklenmesinin akış yapısı ve sürükleme kuvveti üzerindeki etkisi incelenmiştir. Nümerik sonuçlara göre kanatların art izi bölgesindeki akışı olumlu yönde etkilediği ancak sürükleme kuvveti katsayısının kısmen yükseldiği tespit edilmiştir.