Flow and turbulence structure around inclined emergent isolated cylinder under steady conditions

Boru etrafında oluşan akım, gerek inşaat gerekse de makina mühendisliğinin temel konularından biri olup, uygulama aşamasında anlaşılması gereken son derece önemli bir konu olarak karşımıza çıkar. Daha açık şekilde ifade etmek gerekirse, mühendislik alanında konu ile ilgili uygulamaların başarıya ulaşması, büyük ölçüde boru etrafında meydan gelen düzenli ikincil akımların son derece detaylı şekilde anlaşılmasını zorunlu kılar. Son otuz yılda konuyla ilgili gerçekleştirilen araştırmalar ve sayısal modeller sayesinde konu hakkında önemli bir bilgi birikimine ulaşılmıştır. Ancak bununla birlikte, yapılan çalışmalar problemin sözkonusu karmaşık yapısını belirli bir noktaya kadar aydınlatmış olmakla birlikte konu ile ilgili halen bazı noktalarda bilgi boşluğu bulunmaktadır. Bu çalışma kapsamında özellikle açık deniz platformlarında, açık deniz rüzgar türbinlerinde, kıyı korumada kullanılan dalga perdesi uygulamalarında, köprü ayaklarında, ve bazı durumlarda da çevresel hidrolik problemlerinde karşımıza çıkan "akıma maruz kalan eğik silindir etrafındaki akım" problemi ele alınmıştır. Konunun araştırılması için deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışma, İstanbul Teknik Üniversitesi, Hidrolik Laboratuvarı'nda yapılmıştır. 18 m uzunluğunda, 0.5 m genişliğinde ve 0.5 m derinliğinde bir açık akım kanalında yürütülen deneylerde farklı akım koşulları altında dik, 15, 30, 40 ve 50 derece eğime sahip tekil silindirler etrafındaki akım koşulları konumsal olarak yoğun hız ölçümleri ile araştırılmıştır. Buradan hareketle taban yakınında silindir membaında meydana gelen ayrılma kökenli atnalı çevrintileri ile yüzüye yakın kısımda ters basınç gradyanları neticesinde gelişen yüzeysel çevrintilerin etkileşimi Eularian yaklaşım ile yorumlanmıştır. Permanan bir akım koşulunda üç farklı debi (Q1 = 47 lt/s > Q2 =17 lt/s > Q3 =7 lt/s) ve beş değişik açıya sahip bir boru üzerinde yapılan bir çalışmada esnek uçlu bir ADV aracılığıyla ölçümler gerçekleştirilmiş ve problemin Laser Sheet ile Lagrangian olarak da araştırılması hedeflenmiştir. ADV kullanarak borunun belirli bir mesafesinde hem manba hem mansap kısımlarında üç boyutlu hız profilleri alınmıştır. Akım görselleştirme işlemleri yanlız borunun menba tarafında yapılmıştır. ADV ile alınan hız profilleri 100 Hz örnekleme sıklığı ile ölçülmüş olup ve örnekleme süresi 90 saniyedir.Daha önceki yapılmış çalışmalarda, deney sırasında kaynağı belli olmayan nedenlerle ADV ile kaydedilen üc boyutlu hız profilleri aykırı değerler gözlemlenmiştir. Bu çalışmada da verilerin önişlenmesi aşamasında bu aykırı değerler filtre edilmiştir. Analizin ilk aşamasında zamansal hız ortalamaları hesaplanmıştır. Sonraki aşamada hız verileri ortalama ve çalkantı bileşenleri olarak ikiye ayrılmış, ve bu neticeyle türbülans kinetik enerji ve zamansal ortalamalı kinetik enerji hesaplanmıştır. Bu şekilde yapı civarında oluşan ikincil akımların silindirin eğikliğine bağlı olarak nasıl değiştiği sonuçlar kısmında detaylı olarak tartışılmıştır. Analizlerden elde etmiş sonuçlara bağlı olarak genel bir bakışta silindirın arka tarafında meydana gelen ayrılma bölgesi Reynolds sayısının artmasıyla borudan uzaklaşarak ileriye taşınması görülmektedir. Eğik silindirin arkasında oluşan yapıyı daha iyi incelemek için üç farklı bölgeye ayrılmıştır, yüzeye yakın bölge, orta bölge ve tabana yakın bölge. Eğik silindir etkisiyle zamansal ortalama düşey hız artış göstermektedir. Dik silindir eğik silindirle karşılaştırdığı zaman daha fazla türbülans kinetik enerjisi üretir, akışkanar mekaniğin bir temel prensibi olarak daha hidrodinamik bir yapıya sahip olan cisim akıma maruz kaldığında daha az türbülans kinetik enerji üretmekte olmuş olur başka bir deyimle silindir akıma doğru eğildikçe akım daha hidrodinamik bir forma sahip cisim üzerinden geçiyor ve aynı zaman da akımın boru üzerinde kattetiği mesafe artmasıyla beraber silindir etrafında ayrılma noktasının ileriye taşınmasına sebep olur ve bunların neticesi olarak eğik silindirin daha az türbülans kinetik enerjiye neden olmasıdır.