γ Türbülans Geçiş Modelinin Kuvvet Katsayıları ve Geçiş Yer Tahmini için Başarım Değerlendirmesi

Abstract

Bu çalışmada, γ türbülans geçiş modelinin (çapraz akış etkisinin dahil edildiği ve edilmediği versiyonları kullanılarak) 6:1 küremsi geometri üzerinde düzensiz çözüm ağı kullanılarak 6.5 x 10-6 Reynolds sayısında ve 5o hücum açısında başarım değerlendirmesi amaçlanmaktadır. γ türbülans geçiş modelinin performans değerlendirmesi, SST k-ω türbülans modeli, en popüler türbülans geçiş modeli olan γ-〖Re〗_θ türbülans geçiş modeli ve halihazırda mevcut deneysel veri sonuçları kullanılarak yapılmıştır. Türbülans geçiş modelinin etkisi eksenel kuvvet katsayısı, normal kuvvet katsayısı, yüzey basınç katsayısı ve yüzey sürtünme katsayısı kullanılarak gösterilmiştir. Eksenel kuvvet ve normal kuvvet katsayıları etrafındaki ayrıklaştırma hata bandı “Grid Convergence Index” (GCI) metodu kullanılarak elde edilmiştir. Türbülans geçiş modelleri kuvvet katsayılarını, akışın tamamıyla türbülanslı olması kabulüyle yapılan analizlere göre daha büyük GCI değerleriyle %58 daha az tahmin etmiştir. Türbülans geçiş modelleri yüzey basınç katsayılarında fazla değişiklik yaratmazken, yüzey sürtünme katsaylarında önemli farklılıklar görülmüştür. Türbülans geçiş modelleri küremsi geometrinin üst yüzeyinde yüzey sürtünme katsayıları açısından önemli farklılıklar yakalasa da bu kuvvetli değişiklikler tamamıyla türbülanslı akış analizlerinde gözlemlenmemektedir. Diğer yandan, deneysel sonuçların tersine, analizlerde küremsi geometrinin alt yüzeyinde türbülans geçişine dair hiçbir işaret görülmemektedir. Sonuç olarak, geçiş modelleri türbülans geçiş bölgesi geometrisini doğru tahmin edememektedirler. Bunun yanı sıra, γ türbülans geçiş modelinin, γ-〖Re〗_θ türbülans geçiş modeline göre yüzey çözüm ağı büyüklüğüne daha hassas olduğu tespit edilmiştir. γ türbülans geçiş modelinin bir diğer dezavantajı da çözümleme zamanıdır. γ türbülans geçiş modeli, γ-〖Re〗_θ geçiş modeline göre daha basit olmasına rağmen, kuvvet katsayılarında daha yavaş iterasyon yakınsama oranına sebebiyle hesaplaması yaklaşık 3.8 kat daha fazla zaman almıştır. Çapraz akış etkisinin γ türbülans geçiş modeline dahil edilmesi, geçiş bölge geometrisi ve çözümleme zamanı açısından sonuçları fazla değiştirmemiştir. Bu çalışmada sunulan sonuçlar, geçiş bölgesini doğru tahmin etmek amacıyla gelecekte yapılacak çalışmalarda ve geçiş modellerinin hata tahminlerinin yapılmasında kullanılabilecektir.