emili tip bir sesalti rzgar tneli tasarimi ve bilgisayar destekli simulasyonu suction type subsonic...
TRANSCRIPT
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
1/98
KOCAEL NVERSTES * FEN BLMLER ENSTTS
EML TP BR SESALTI RZGAR TNEL TASARIMI VE
BLGSAYAR DESTEKL SMULASYONU
YKSEK LSANS
Teknik rt. Serhat ENOL
Anabilim Dal: Makina Eitimi
Danman: Yrd.Do.Dr. Ali INAR
KOCAEL,2006
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
2/98
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
3/98
i
NSZ ve TEEKKR
Son yllarda Trk Otomotiv Sektr byk bir gelime gstermi, dnya otomotivretiminde sz sahibi olmaya balamtr . Buna parelel olarak AR-GE almalar dadaha fazla nem kazanmtr
Optimum tat dizayn yapabilmek iin tata etkiyen Aerodinamik kuvvetlerinhesaplanmas ve llebilmesi gerekmektedir. Bu amala rzgar tneli deneyleriyaplmaktadr. Buna bal olarak rzgar tneli tasarm ve imalat byk nemkazanmaktadr.
Bu konuda alma imkan veren ve deerli katklarn esirgemeyen danman hocamYrd.Do.Dr. Ali INAR a, bilgilerini paylaan Yrd.Do.Dr. Hasan KARABAY a,Sakarya niversitesi Makine Mhendislii Blmne ve tm aileme teekkr bor
bilirim.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
4/98
ii
NDEKLER
NSZ iNDEKLER .. iiEKLLER DZN ivTABLOLAR DZN .. vSMGELER viZET.. viiNGLZCE ZET.....viii1. GR 12. LTERATR ARATIRMASI........... 3
3. RZGAR TNELLER.. 63.1. Rzgar Tnellerinin Tarihi Geliimi 63.2 Rzgar Tnellerinin Temel Prensibi. 93.3 Rzgar Tnellerinin Snflandrlmas. 103.3.1 Ak evrimli rzgar tnelleri. 123.3.2 Kapal evrimli rzgar tnelleri 133.4. Ak ve Kapal evrimli Rzgar Tnellerinin Karlatrlmas143.4.1. Ak evrimli rzgar tnellerinin avantajlar 143.4.2. Ak evrimli rzgar tnellerinin dezavantajlar.. 153.4.3. Kapal evrimli rzgar tnellerinin avantajlar. 153.4.4. Kapal evrimli rzgar tnellerinin dezavantajlar 163.5. Rzgar Tnelinin Akm Kalitesi ve Akm Kalitesini Etkileyen Faktrler....... 163.5.1. Akm kalitesi. 173.5.2. Akm kalitesini etkileyen faktrler 173.5.3. Deney odasndaki trblans seviyesinin belirlenmesi.. 183.6. Rzgar Tnellerinin Genel Tasarm Esaslar.. 193.6.1. Deney odas ve akm kalitesi.. 193.6.2. Kollektr.. 233.6.3. Dinlenme odas 303.6.4. Difzr . 383.6.5. Fan..... 42
3.7. Rzgar Tnellerinde Enerji Kay
plar
n
n Hesaplanmas
. 453.7.1. Deney odasndaki kayplar. 463.7.2. Kollektrdeki kayplar................. 473.7.3. Elek ve bal peteklerindeki kayplar.. 483.7.4. Dinlenme odasndaki kayplar..... 483.7.5. Difzrdeki kayplar. 483.7.6. Tnel g faktr 504. EML TP SES ALTI RZGAR TNEL TASARIMI 514.1. Deney Odasnn Tasarm. 514.2. Kollektr Tasarm.544.3. Bal Petei Tasarm........... 56
4.4. Elek Tasarm.574.5. Dinlenme Odasnn Tasarm 58
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
5/98
iii
4.6. Difzr Tasarm........... 594.7. lave stekler. 624.8.Tasarlanan Rzgar Tneli in Enerji Kayplarnn Hesaplanmas... 634.8.1. Deney odasndaki enerji kayplarnn hesaplanmas. 63
4.8.2. Kollektrdeki enerji kayplarnn hesaplanmas........... 644.8.3. Elek ve bal peteindeki enerji kayplarnn hesaplanmas 644.8.4. Dinlenme odasndaki enerji kayplarnn hesaplanmas........... 654.8.5. Difzrdeki enerji kayplarnn hesaplanmas.. 654.8.6. Toplam enerji kayplarnn hesab ve fan seimi.. 655. TASARLANAN RZGAR TNELNN BLGSAYAR DESTEKL
SMLASYONU....... 685.1. Modelin Oluturulmas 685.2. Simlasyon Sonular ve Deerlendirilmesi....................... 696. SONULAR VE NERLER 80KAYNAKLAR... 82
EKLER84ZGEM 88
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
6/98
iv
EKLLER DZN
ekil 3.1 Ak evrimli emmeli tip rzgar tneli - NPL tipi.. 11ekil 3.2 Ak evrimli flemeli (Blower ) tip rzgar tneli - NPL tipi 11ekil 3.3 Eksenel Fan....... 13 ekil 3.4 Radyal Fan... 13ekil 3.5 Kapal evrimli rzgar tneli.. 14ekil 3.6 Kollektrn ekli..................................................................................... 23ekil 3.7 Kollektrn daralma oran-hz ilikisi............................... . 24ekil 3.8. Kollektr daralmasnn Trblans bileenleri zerindeki etkisi26
ekil 3.9 Tipik bir kollektr duvar boyunca hz ve basn dalmlar................... 27ekil 3.10 Kollektr duvar erisi iin parametreler................................................. 29ekil 3.11 Bal petei ............................................................................................... 31ekil 3.12 Bal petei tipleri ve basn kayp katsaylar....................... 32ekil 3.13 Boluk Oran ......................................................................................... 35ekil 3.14 Difzr geometrisi ........................................ . 39ekil 3.15 Srtnme katsaysnn Re saysna bal olarak deiimi ....................... 40ekil 4.1 Tasarlanan Rzgar Tneli komple grn ( Perspektif 1 ).. 52ekil 4.2 Tasarlanan Rzgar Tneli komple grn ( Perspektif 2 ).. 53ekil 4.3 Tasarlanan Rzgar Tneli komple grn ( Yan grn ).... 53ekil 4.4 Tasarlanan Rzgar Tneli Deney Odas ... 54
ekil 4.5 Kollektr parametreleri. 55ekil 4.6 Tasarlanan Rzgar Tneli Kollektr .. 56ekil 4.7 Tasarlanan Rzgar Tneli Bal Petei ... 57ekil 4.8. Tasarlanan Rzgar Tneli Elek . 58ekil 4.9 Tasarlanan Rzgar Tneli Dinlenme Odas .. 59ekil 4.10 Tasarlanan Rzgar Tneli Difzr 61ekil 4.11 Tasarlanan Rzgar Tneli Giri Az .............. 63ekil 5.1 Rzgar tneli giriinden itibaren referans noktalar...................... 70ekil 5.2 Rzgar Tneli giriinden itibaren Statik basn dalm.. 71ekil 5.3 Rzgar tneli giri referans noktasndaki hz dalm.. 72ekil 5.4 Rzgar tneli k blgesindeki (eksenel) hz dalm 73ekil 5.5 Rzgar Tneli giri ve kndaki hz dalm. 74ekil 5.6 Tasarlanan rzgar tneli Mach Says deiimi. 75ekil 5.7 Rzgar tneli boyunca hz deiimi.. 76ekil 5.8 Rzgar tneli boyunca Statik Basn deiimi. 77ekil 5.9 Rzgar tneli boyunca akm izgileri .. 78ekil 5.10 Rzgar tneli boyunca Trblans Kinetik Enerji deiimi.. 79
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
7/98
v
TABLOLAR DZN
Tablo 3.1. Fan kanatlar ile tnel duvar arasndaki mesafe43Tablo 4.1. Rzgar tneli kayplar...65
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
8/98
vi
SMGELER
A0 : Deney Odas Giri Kesit AlanA : Akm Saptrma KatsaysCd : Srtnme KatsaysCf : Yerel Srtnme Katsays : evre Uzunluud : Elek Tel apDh : Hidrolik apg : Yerekimi vmesiH : Manometredeki sv ykseklii
K : Basn Drme Katsaysk : Dzeltme FaktrM : Elek Tel Gzenek GeniliiMa : Mach Saysn : Daralma / Genileme OranP : GPT : Rzgar Tnelinin Toplam GcPd : Toplam BasnPs : Statik Basnr : Difzr k YarapRe : Reynolds Saysrx : X Mesafesine Bal Yarapt : ZamanTf : Trblans FaktrVort : Ortalama Hz
: Trblans Derecesi ( %) : Havann Younluuqd : Dinamik Basn : Boluk Oran : Kinematik Viskozite
u : H
z Farkl
l
klar
: Genileme as : Verim : Difzr Giri / k Alanlar : Tnel G FaktrW : Fan Motor GcQf : Fan Debisif : Fann Asal Hzb : Bal przllk deeri
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
9/98
vii
EML TP BR SESALTI RZGAR TNEL TASARIMI VE
BLGSAYAR DESTEKL SMLASYONU
Serhat ENOL
Anahtar Kelimeler: Rzgar Tneli, Emili tip, Sesalt, Tasarm, Simulasyon
zet: Bu tez almasnda tat aerodinamii uygulamalarnda nemi ok byk olanrzgar tnellerinin tipleri, alma prensipleri, rzgar tnelini oluturan blmlerin
tasarm ve imalat esaslar hakknda bilgi verilerek emili tip ses alt ak devreli birrzgar tnelinin tasarm ve simulasyonu yaplmtr.
Ayrca rzgar tnellerinin tarihsel geliimleri, farkl deney tipleri ve ihtiyalara gredizayn edilen rzgar tneli tipleri, bunlarn birbirlerine gre avantaj vedezavantajlar, ideal bir rzgar tnelinin sahip olmas gereken akm zellikleri,nitelikleri ve bunu etkileyen faktrler de ele alnmtr. Rzgar tnelini oluturanelemanlarn ayr ayr tasarm ve imalatna ynelik kriterler ortaya konmu ve buelemanlarda meydana gelen enerji kayplar incelenmitir.
0.5 x 0.5 m2 kesitli deney odas ebatlarna sahip bir emili tip ses alt rzgar tnelitasarlanm ve bu tnelin enerji kayplar hesaplanmtr. Tasarlanan rzgar tnelielemanlarndan kollektrn geometrisi MS-EXCEL program kullanlarakoluturulmu, bu geometri kullanlarak kollektrn kat modeli SOLIDWORKS
programnda izilmitir.
Tasarlanan rzgar tneli iersindeki ak, FLUENT yazlm kullanlarakmodellenmi ve deiik blmlerindeki basn ve hz dalmlar bilgisayarortamnda incelenmitir. Elde edilen sonular yorumlanarak tasarlanan rzgartnelinin eksik ynleri tespit edilmitir.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
10/98
viii
SUCTION TYPE SUBSONIC WIND TUNNEL DESIGN AND COMPUTERAIDED SIMULATION
Serhat ENOL
Keywords: Wind Tunnel, Suction Type, Subsonic, Design, Simulation
Abstract: In this study, a suction type, subsonic, open-circuit wind tunnel has beendesigned and simulated by given information about the types of wind tunnels thathave great importance on vehicle aerodynamics, their working-principles and its
construction and production parts..In addition, in this study, historical developments of wind tunnels, differentexperiments and wind tunnel types, their advantages and disadvantages, the flowquality that should be on an ideal wind tunnel and the factors that effect the flowquality have been discussed. The elements which constitute wind tunnel have been
put forward separately towards design and production. Calculation methods of lossesthat occur on those elements have been analyzed.
Suction type, subsonic, wind tunnel which has an experiment room sized in 0,5 x 0,5m2 has been designed and energy losses of this tunnel have been calculated. Thegeometry of contraction cone within designed wind tunnel components, is createdvia EXCEL software programmes. Using this geometry, the solid model ofcontraction cone is drawn in solidworks software program.
The air flow inside the wind tunnel has been modelled through computer aidedsimulation software which name is FLUENT. The pressure and velocity dispersionsof wind tunnel have been investigated and revised according to this result.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
11/98
1
1. GR
Gnmzde farkl disiplinlerde yaplan almalarda teorik bilgilerin yannda
deneysel uygulamalar da ok nemlidir. Teorik olarak hesaplanan deerlerin gerek
deerler ile ne derece uyutuunun kontrol ancak deney yapmakla mmkndr.
zellikle aerodinamik ve akkanlar mekanii konularnda yaplan almalarda
deneysel uygulamalar yaparak son derece karmak ve anlalmas g olan
problemlerin zmnde somut iyiletirme ve yenilikler kaydedilebilir. Bu
nedenlerden dolay rzgar tnelleri gemiten gnmze aerodinamik ve akkanlar
mekanii konularnda alma yapan aratrmaclar iin temel deney laboratuar
nitelii tamaktadr.
Yirminci yzyln balarndan itibaren gnmze kadar zellikle havaclk, uzay
teknolojisi, otomotiv ve inaat alannda meydana gelen hzl gelimeler, hava
iersinde hareket eden veya hava akmna maruz kalan cisim zerinde meydana gelenaerodinamik kuvvet ve momentlerin bykl ve zelliklerinin incelenmesi, cismin
geometrikeklinden kaynaklanan dier etkiler, bu etkilerden dolay meydana gelen
akm tipleri, snr tabaka oluumu ksaca gerek atmosfer koullarnda cismin maruz
kald tm etkilerin laboratuar ortamnda rzgar tnelleri kullanlarak
incelenebilmesini gerektirmektedir. zetle hava ve kara tatlarnn, binalarn ve
kprlerin tasarm ve imalatnda rzgar tneli deneyleri vazgeilmez bir unsurdur.
Rzgar tnellerine duyulan ihtiya, bu gerelerin tasarm, iletimi ve kullanm
konularnn da her zaman n planda tutulmasna neden olmutur. Nitekim, yaplan
ok saydaki almann sonucunda bu konuya ilikin bir ok temel kitap ortaya
km ve yzlerce makale yaynlanmtr.
lkemizde hava ve kara tatlar retimine ilginin 1974 l yllardan itibaren
hzlanmasyla birlikte rzgar tneli tasarm ve imalat konusu da bir ihtiya olarak
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
12/98
2
ortaya km ve bu konuda az da olsa Trke yayn grlmeye balanmtr. Yerli
yaynlar arasnda Erim ve di. ( 1980 ), nan ve di. (2003) saylabilir.
Bu tez almasnda, Kocaeli niversitesi Teknik Eitim Fakltesi Otomotiv
retmenlii blmnde kurulmas dnlen dk hzl, ak devreli bir rzgar
tnelinin tasarm ve simulasyonu yaplmtr. Buna ilave olarak rzgar tnellerinin
tasarm konusunda Trke literatre katk salayacak bir alma olmas da
hedeflenmitir. Bu amala Blm 3 de rzgar tnellerinin tarihi geliimi, tipleri,
karlatrlmas, hava akm kalitesini etkileyen faktrler, rzgar tneli elemanlarnn
neler olduu, rzgar tneli elemanlarnn genel tasarm prensipleri ve rzgar
tnellerinde enerji kayplarnn hesaplanmas zerinde durulmutur. Blm 4 te
tasarm aamasndaki rzgar tneli elemanlarnn tasarmna ilikin hesaplamalar,
elemanlarn kat model izim ve teknik resimleri ve bu elemanlarndan kaynaklanan
enerji kayplarnn hesaplama yntemlerine yer verilmitir. Blm 5 te ise Kocaeli
niversitesi Teknik Eitim Fakltesinde kurulmak zere tasarlanan emili tip ak
evrimli ses alt rzgar tneli iersindeki hava aknn FLUENT program
kullanlarak yaplan simulasyonlarna ve bu simulasyonlara ilikin sonularn
analizine yer verilmitir.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
13/98
3
2. LTERATR ARATIRMASI
20. Yzyln balarndan itibaren Havaclk sektrnn gelimesiyle birlikte Rzgar
tnellerinde de yeni teknolojiler ortaya km ve buna bal olarak eitli
almalar yaplmtr.
nan (2003 ), yapm olduu almada ok amal, dk hzl, ak evrimli, 32 x
32 cm2 kesitli deney odasna sahip bir rzgar tnelinin tasarmn ve imalatn
yapmtr. Sonraki aamalarda Hot Wire Anomometer ile deney odas iersinde farkl
noktalarda ve dzlemlerde trblans, hz, toplam ve statik basn lmleri
yapmtr. lave olarak farkl deney hzlarnda, farkl Reynolds saylarnda ve farkl
jet yar kalnlklarnda dairesel jet ak ve koni ilaveli ak lmleri yapmtr.
nan ve di. (2003), ayn yl yaynladklar ok Amal Ses Alt Dk Hzl Hava
Tneli Tasarm, malat ve Hz alkant lmleri adl makalede dk hzl emilitip ak evrimli bir rzgar tnelinin tasarm esaslarn ortaya koymu, imalat
aamasnda ilem basamaklarn ve dikkat edilmesi gereken noktalar aklamlardr.
Yaptklar bu alma Trke literatrdeki rzgar tneli zerine yaplan en kapsaml
almalardan birisi saylmaktadr.
Bradshaw (1979), dnyada rzgar tneli teknolojileri konusunda almalar yapan en
nemli bilim adamlar
ndan birisidir. 1979 y
l
nda Mehta, R. D. ile beraberyaynladklar Design rules for small low speed wind tunnels adl makalede rzgar
tnellerinin g kayna olan fanlar incelemi, eksenel ve blower tip fanlarn
birbirlerine kar stnlkleri, kayp katsaylar, kapal ve ak evrimli rzgar tneli
bal petei ve elek tasarm esaslar zerine almlardr. lave olarak rzgar tneli
deney odasna pencere alrken dikkat edilmesi gereken hususlarn ne olduu ve
akm grntleme deneylerinin incelikleri zerine pratik deneysel bilgiler sunmutur.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
14/98
4
Craig (1986), almasnda dk hzl rzgar tnellerini, deneylerde kullanlan
pitot statik tp, digiquartz ve betz manometresini incelemi ve kalibrasyonlarna
ilikin bilgiler sunmutur. lave olarak basn lmleri esnasnda sk yaplan hatalar
ve tnel kalibrasyon faktrnn hesap yntemlerini ortaya koymutur.
Edward ve Norton (1976), almalarnda rzgar tneli fan pervaneleri tasarmna
ilikin kurallar ortaya koymutur. Kapal devre rzgar tnellerinde kullanlan
turning vanes ( akm dndrme keleri ) tasarmna ilikin tasarm parametrelerini
incelemitir.
Knight ve di. (1979), dey deney odal rzgar tneli tasarlayp imal ederek bu tip
bir tnele ilikin tasarm ve imalat esaslarn ortaya koymulardr.
Lindgren ve di. (2002), yaynladklar makalelerinde 05 x 0.75 x 4.2 m ebatlarnda
tasarladklar ve Stokholm de imal ettikleri dk hzl ( Vmax = 48 m/sn) rzgar
tnelinin kalibrasyonuna ait teknik verileri elde etmilerdir. Buna gre imal ettikleri
rzgar tnelinde Reynolds says 205000 civarndadr. Deney odasndaki trblans
younluu %0.04 civarnda ve deney odas iersindeki hzda meydana gelecekdeiimler ihmal edilebilecek kadar kk kalmaktadr. Ayrca aratrmaclar
modern rzgar tnelleri hakknda geni bir bilgi sunmu, rzgar tneli tasarmna
ilikin tm kriterleri ortaya koymulardr.
Kaya (2003), almasnda Hava Harp Okulu Aerodinamik Laboratuvarnda bulunan
ses alt rzgar tnelini tantm, yerine yaplmas dnlen ok amal ses alt emili
tip rzgar tnelinin tasar
m ve imalat esaslar
n
tan
mlam
, gerekli olan fan gc verzgar tneli bileenlerinde oluan enerji kayplarn hesaplamtr.
Anderson (1989), almasnda ses st akm hzlarnda ( spersonic flow ) hareket
eden hava aralarnn ve roketlerin test edildii kk kesitli deney odasna sahip
yksek hz rzgar tnelinde farkl kanat modellerinde ve farkl hcum alarnda
yaplan deneylerde bulunan aerodinamik kuvvetlerin analizini yapmtr.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
15/98
5
Bradshaw (1965), rzgar tnellerinde snr tabaka akmlarnn oluumunu incelemi
olup akm dzensizliine yol amadan snr tabaka etkisinin elimine edilmesi
yntemlerini aklamtr.
Batill ve di. (1986), emili tip rzgar tnellerinde fan tarafndan oluturulan vakum
etkisini incelemi ve bu etkiden dolay ortaya kan snr tabaka akmlarndaki enerji
kayplarn hesaplamtr.
Bradshaw (1968), rzgar tneli bileenlerinin tasarm formlleri zerinde durmutur.
Rzgar tneli dzeltme faktrnn hesaplanmasna ynelik bantlar incelemitir.
Gorlin and Slezinger (1966), rzgar tneli tipleri, bileenleri, yaplan deney tipleri ve
rzgar tneli bileenlerinin imalat ve montaj konularnda aklayc bilgiler
sunmutur.
Peremeci (2003), rzgar tneli alma prensipleri, rzgar tnelinin bileenlerini ve
tasarm esaslarn belirtmitir. Ayrca rzgar tnellerinde yaplan basn, hz, kuvvet
ve moment lm deneylerinin yapl tekniklerini ortaya koymutur.
Punkhurst ve Holder (1952), rzgar tneli deneylerinin yaplna, kullanlan balans
tiplerine ve kuvvet-moment hesaplamalarna deinmilerdir.
Rae ve Pope (1984), yaynladklar kitaplarnda rzgar tnellerinin kullanm
amalar, tipleri, bileenleri, yaplan deney tipleri, kullanlan balans tipleri ve rzgar
tnellerinin tarihi geliimi konular
nda temel bilgiler sunmulard
r.
Erim ve di. (1980), rzgar tneli giri hzna bal olarak deney odasnda oluan hz
profillerini incelemilerdir.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
16/98
6
3. RZGAR TNELLER
3.1. Rzgar Tnellerinin Tarihi Geliimi
Otomotiv sektrnde bir otomobilin tasarm ve retimi uzun ve masrafl bir itir.
Gerek ilk prototipler hazrlanrken gerekse de yol testleri yaplrken gz nnde
bulundurulmas gereken pek ok etken vardr. Bu etkenlerden en nemli olanlarndan
bir tanesi de otomobilin aerodinamik yapsdr.
Tasarm aamasndaki tat modelleri rzgar tnelinde denenirler ve bu deneyler
tatmin edici bir tasarma ulamakta hayati bir rol oynarlar. Bir rzgar tnelinde
modeller zerinde deneyler yaparak tatn hava iersindeki davran anlalabilir.
Hatta tatn paralar rnein spoiler, n kaput vb.. paralar zerinde yaplan
deneyler daha da nemlidir. Ayrca tasarlanan modeller zerinde yaplan
deiikliklerle birlikte yine bu tnellerde deneylere tabi tutularak farkl tasarmlarntat performansna etkileri aratrlr.
Rzgar tnellerinde model sabitlenmi tutularak hava hareketinin model zerindeki
etkileri llebilir. Ayrca model farkl alarda sabit konumlandrlp hava akmna
kar nasl davrand grlebilir. Ancak deney sonularna gvenilebilmesi iin
tnelin yapmna zen gsterilmelidir. Deney odas boyunca hava basncndaki
deiim mmkn olduu kadar kk olmal
ve havan
n h
z
doru olarakbilinmelidir. Tnelin duvarlar civarnda baz snr tabaka etkileri olacandan deney
odasnda kullanlacak modelin bykl, deney odas geniliinin yars ile drtte
arasnda bir deerde almak uygun bir yaklam olacaktr. (Mehta ve Bradshaw,
1979) Ayrca trblans younluunun artmamas iin rzgar tnelinin kurulduu
ortamda emi ksmnda en az 1 metre, fleme tarafnda ise en az 2 metre boluk
braklmaldr. (Rae ve Pope, 1984)
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
17/98
7
lk rzgar tnelinin yapl 19. yzyln sonlarna kadar dayanmaktadr. Bu rzgar
tneli kare kesitli ve bir ucunda emici pervane bulunan dorusal borudan ibarettir.
Nitekim Wright kardeler tasarladklar ilk uan tm paralarnn modellerinin bu
tip bir tnelde denemilerdir. Gnmzde ise eitli lkelerde, bir ou son derece
yksek akm kalitesine sahip elektronik lm cihazlaryla donatlm ok eitli
rzgar tnelleri bulunmaktadr. Bu tneller tat tasarmnda ve aerodinamiin ilgi
alanna giren baka konularda ok sk birekilde kullanlmaktadr.
lk rzgar tneli Francis Wenham tarafndan 1871 ylnda Greenwich (ngiltere) te
imal edilmi ve kullanlmtr.
Francis Wenham, imal ettii bu flemeli tip ufak tnelde deney odasna yerletirdii
model zerindeki kaldrma ve srkleme kuvvetlerini incelemitir. Francis Wenham
dan 13 yl sonra 1884 ylnda Horatio F. Philips tarafndan ncekinden farkl olarak
deney odasndan sonraki blme nozul yerletirilmi olan baka bir tnel yine
ngiltere de imal edilmitir. Bununla birlikte 1890 ile 1900 yllar arasnda birok
lkede ilk defa rzgar tnelleri tasarlanmaya balamtr. Rusyadaki ilk tnel 1891
ylnda Nikolai Joukovski tarafndan Moskova niversitesinde, Avusturya daki ilktnel 1893 ylnda Ludwig Mach tarafndan, A.B.D. deki ilk tnel 1896 ylnda
Alfred J. Wells tarafndan Massachusetts Institute of technology ( MIT ) de imal
edilmitir.
Rzgar tnellerindeki asl gelime ise 1900 l yllardan itibaren artan bir ivme ile
balamtr. 1901 ylnda Wright kardeler imal ettikleri rzgar tneli ile yaptklar
deneylerde hatal
sonular elde etse de bu tnelden esinlenerek tasarlad
klar
1.8metre uzunluundaki 40 cm x 40 cm2 kesitli deney odasna sahip kare kesitli rzgar
tneli daha sonraki almalarna esas tekil etmitir. Wright kardeler bu tnele
monte ettikleri lme aletleri yardmyla tamann srklemeye orann da
hesaplamlardr. Wilbur ve Orwille ayn aparatlar kullanarak Eyll 1901 ve
Austos 1902 tarihleri arasnda 200 farkl kanat profili zerinde almalar
yapmlardr. Ardndan elde edilen sonular uygun bir uan tasarlanmasnda esas
tekil etmitir. Bu almalar neticesinde rzgar tnellerinin nemi daha iyi
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
18/98
8
anlalm ve sz konusu tarihler aerodinamik alannda bir dnm noktas olarak
adlandrlmtr.
1930 lu yllara kadar rzgar tnellerinin bir ok lkede kullanm yaygnlam ve
zellikle NASA nn almalaryla nemli admlar atlmtr. Bu tarihlerde ses alt
rzgar tnelinin ebatlar da olduka artmtr. yle ki NASA 1931 de ilk defa yapm
maliyeti milyon dolarlar bulan 9 m x 18 m ebatlarnda oval deney odas olan 57.6
m/sn hza sahip tnelini imal etmitir. Ardndan da halen dnyadaki en byk rzgar
tneli olma zelliini gnmzde de koruyan 12 m x 24 m ebatlarnda 118.5 m /sn
hza sahip Kaliforniya daki Ames Aeronautical Labrotary de kurulmutur.
Uaklarn hzlar ve performanslarndaki art ile birlikte yksek hzlarda alan
rzgar tnellerine ihtiya duyulmu ve yine NASA tarafndan bu konuyla ilgili
deiik almalar yaplmtr. NASA 1927 ylnda 2.4 metre ebadndaki deney
odasnda 342 m/sn hz retebilen ilk yksek hzl rzgar tnelini imal etmitir. 1941
ylnda ise Ames Aeronautical Laboratory de 4.8 metre boyutunda deney odasna
sahip 304 m/sn hz retebilen rzgar tneli imal edilmitir.
1940 l yllarda V-2 roketlerinin havaclk teknolojisinde kullanlmaya
balanmasyla birlikte spersonik tneller nem kazanmaya balamtr.
Aerodinamik deneylerinde kullanlmak zere spersonik rzgar tneli ilk defa 1930
ylnda Almanya da Dr. Busemann tarafndan gelitirilmekle birlikte gerek
anlamda ilk defa Theodore Von Karman tarafndan 1944 ylnda California Institute
of Technology de ( CIT ) dizayn edilmi ve Aberdeen Marylan de Army Ballistics
Research Labrotary de (ABRL ) kurulmutur. Yine ayn
y
llarda k
talararas
balistikfzelerin gndeme gelmesiyle hipersonik rzgar tnelleri ( M >5 ) gelitirilmi ve 28
cm ebatlarnda kare kesitli deney odasna sahip ve 7 Mach hz retebilen ilk
spersonik rzgar tneli 1947 ylnda NASA tarafndan Langley de kurulmutur.
1974 ylndaki petrol krizinden sonra tm dnyada tat tasarm ve imalatnda yakt
tketimi kriteri olduka nem kazanmtr. Tatlarn aerodinamik direnlerini
azaltmak iin daha kk ebatlarda ve daha yuvarlak hatlara sahip tatlar piyasaya
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
19/98
9
hakim olmaya balamtr. Bu sebeple zellikle uzakdoulu otomotiv firmalar
rzgar tneli testlerine ve rzgar tneli imalatna byk nem vermilerdir.
Tarihi geliiminden de anlalabilecei gibi teknolojinin gelimesine parelel olarak
rzgar tnelleri ile ilgili almalar da devam etmektedir. Ama gerek atmosfer
koullarnda hareket eden tat imal edilmeden nce rzgar tnellerinde yaplacak
test sonularna gre tasarm yapmaktr. Bu nedenle rzgar tnellerinde geree en
yakn ortam elde edilene kadar bu gelimeler devam edecektir.
3.2. Rzgar Tnellerinin Temel Prensibi
Aerodinamik prensipleri genel olarak aerodinamik olayn, ou zaman hareketsiz
atmosfer ierisinde hareket etmekte olan uak veya benzeri bir cisim ile karmza
kt grlr. Bununla birlikte atmosferin rzgar hareketlerini de dikkate almak
gerekir. zellikle rzgar trbini, binalar, asma kprler vb. yaplar iinde
aerodinamik olayda rzgar hareketlerinin cismin hareketinden daha nemli olduu
aktr.Sz edilen btn bu olaylarn bir deney ortamnda benzerinin yaratlmasna
gelince, bunun atmosfer iersinde gerekletirilmesi genel olarak zordur. Bubakmdan rzgar tneli ad verilen deney dzeneklerine bavurulur.
Rzgar tnellerinde benzeim iki yntem ile yaplr. Bunlar direkt ve endirekt
yntemlerdir. Modeli hareket ettirerek sonuca ulamak direkt yntem, modeli sabit
tutup akkan hareket ettirerek sonuca ulamak ters (endirekt) yntem olarak
adlandrlabilir. Direkt yntemlerle aratrma ve deney yapmak olduka maliyetli ve
zordur. Bu yntemde model dnen bir makinenin koluna monte edilerek kollabirlikte dnmektedir. Kola bal modelin hz kolu dndren modelin hzna baldr.
Bu tr dzeneklerde istenilen artlar elde etmek her zaman mmkn olmayabilir. Bu
nedenle genellikle zel artlar ve problemler sz konusu olduunda bu tip dzenekler
tercih edilebilir.
Daha kolay olan ikinci yntemde (endirekt) model sabit tutulup zerine devaml
akm gnderilerek sonu elde etmek daha pratik ve kolaydr, (Gorlin ve Slezinger,
1966). Nitekim modern tnellerde bu ters yntem tercih edilir. Yani model sabit
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
20/98
10
tutularak bir fan yardmyla akma hareket kazandrlr ve deney odasnda geree
uygun akm artlar salanarak deneyler yaplr. Rzgar tnellerine monte edilen
lm aletleri yardmyla sonular elde edilebilir. Bu yolla modelin etrafnda
meydana gelen akm iersindeki birok olay incelenmektedir. Rzgar tnellerinde
yaplan deney ve aratrmalar neticesinde elde edilen sonular teknolojinin bir ok
alannda kullanlmaktadr.
3.3. Rzgar Tnellerinin Snflandrlmas
Rzgar tnelleri kullanm amalar da gz nne alnarak hava akm hznn
byklne ve dizayn ekline dikkat edilerek snflandrlabilirler. Hava akmnn
hzn dikkate alnarak rzgar tnelleri, Mach Says olarak ifade edilen katsayya
bal olarak dizayn edilebilirler. Mach saysnu ekilde ifade edebiliriz;
Ma =ses
a
V
V
Ma : Mach Says
Va : Hava Akm HzVses : Ses Hz
Ma > 1 Ses st akm hz
Ma < 1 Ses alt akm hz
olarak tanmlanr.
Ses alt rzgar tnelleri (maksimum Mach Says 0.4' e kadar akm sktrlamaz
kabul edilir), transonik rzgar tnelleri (maksimum Mach Say
s
1.3' e kadar),spersonik rzgar tunelleri (maksimum Mach Says 4,0-5.0' a kadar), hipersonik
rzgar tnelleri (maksimum Mach Says 5.0 ve daha yksek) olarak
snflandrlabilirler (Rae ve Pope, 1984).
Deney odas, rzgar tnellerinin karakteristik zelliklerini belirleyen nemli
elemanlardan birisi olduu iin dizayn ekli de ok byk nem tamaktadr. Bu
nedenle deney odasnn dizayn ekline baklarak rzgar tnellerini kapal deney odal
ve ak deney odal rzgar tnelleri olarak baka bir snflandrma yapmak
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
21/98
11
mmkndr.
Kapal deney odal rzgar tnellerinde deney odasndaki basncn atmosfer
basncndan daha dk olmas nedeniyle, modeli tayan elemanlarn deney odasna
girdii yerlerde atmosferden tnel ierisine doru bir hava akm meydana gelir. Bu
durumda ise deney odasnda istenen akm kalitesi bozulacak, modele etki eden
aerodinamik kuvvetlerin doru sonularla bulunmas gleecektir.
Rzgar tnelleri ak evrimli ve kapal evrimli olmak zere temel iki tipte
snflandrlmtr. Bununla birlikte ak evrimli rzgar tnelleri de NPL tipi (
National Physical Labratory ) ak evrimli ve kapal deney odal rzgar tnelleri
(ekil 3.1., 3.2. ); Eiffel tipi ak evrimli ve ak deney odal rzgar tnelleri olarak
adlandrlr. te yandan ak evrimli rzgar tnelleri fan tipine gre flemeli ve
emmeli olarak ta ayrlabilirler.
ekil 3.1 Ak evrimli emmeli tip rzgar tneli - NPL tipi(Rae ve Pope, 1984)
ekil 3.2 Ak evrimli flemeli (Blower ) tip rzgar tneli - NPL tipi
(Rae ve Pope, 1984)
Eiffel tipi deney odalarnda modelin yerletirilmesi ve alann daha rahat hareket
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
22/98
12
edebilmesi mmkndr. te yandan duvar etkisi de daha az olacaktr. Ancak buna
ramen deney odasndaki hz dalm kapal deney odasndaki hz dalmna oranla
daha az niformdur. Bu da %50 orannda basn kaybna sebep olur. (Rae ve Pope,
1984) Kapal evrimli rzgar tnelleri Alman bilim adam Prandtl' n ve kapal
evrimli rzgar tnelinin ilk yerletirildii niversite olan Gttingen'in isimlerinden
esinlenerek Prandtl veya Gttingen tipi rzgar tnelleri olarak da bilinirler.
Bu almada daha ok ses alt rzgar tnelleri zerinde durulacandan devam eden
blmlerde bu tip rzgar tnellerinin dizayn asndan snflandrlmasndan
bahsedilecektir.
3.3.1. Ak evrimli rzgar tnelleri
Ak evrimli rzgar tnellerinde deney artlarnn olumas iin gerekli olan hava
atmosferden temin edilir ve tekrar atmosfere verilir. Tnelin ierisinde hava aknn
salanmas iin fan kullanlr. Ak evrimli rzgar tnelleri hava aknn
salanmas iin iki ekilde dizayn edilebilirler. Birincisi fan ve motorun deney
odasndan nce yerletirildii flemeli tip (blower-type) (ekil 3.2) ikincisi ise havaaknn deney odasndan sonraki bir blme yerletirilmi bir fan tarafndan
saland emmeli tiptir (suction-type) (ekil 3.1). (Rae ve Pope, 1984) ki tnelde
de atmosferden rzgar tneline giren havann hz kollektrn (daralma konisi) ak
ynnde daralan geometrik yaps nedeniyle artar ve deney odasnn giriinde
maksimum seviyeye ular. Deney odasnda akm kalitesinin iyi olabilmesi iin
kollektrn geometrik yaps uygun ekilde tasarlanmaldr.
Emmeli tip rzgar tnelinde atmosferden emilen hava deney odasndan sonra kinetik
enerjiyi basn enerjisine dntrmek amacyla akm ynnde kesit alan
genileyecekekilde tasarlanan difzre, buradan da tnelin sonuna yerletirilen ve
devri deitirilmek suretiyle akm hznn ayarlanmasn da salayan eksenel fan
vastasyla dar atlmaktadr. Atmosferden alnan havann deney odasna flenerek
verildii flemeli tip (blower- type) rzgar tnellerinde eksenel fan (ekil 3.3)
yerine radyal fan (ekil 3.4) kullanlr ve tnelin giriine monte edilir.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
23/98
13
ekil 3.3 Eksenel Fan ekil 3.4 Radyal Fan(http://www.hq.nasa.gov) (http://www.hq.nasa.gov)
Ak evrimli rzgar tneli dizayn edilirken deney odasnn boyutu iyi
belirlenmelidir. Zira tnelin boyu genel olarak deney odasnn boyutunun 20 kat
kadar olmaktadr. Bu nedenle deney odas kesit alan 1 m' yi geen rzgar tnelleri
pratikte pek de kullanl olmamaktadr (Rae ve Pope, 1984).
3.3.2. Kapal evrimli rzgar tnelleri
Kapal evrimli rzgar tnelinde hava tekrar atmosfere verilmez. Baka bir deyile
ak devre rzgar tnellerinde darya verilen hava, kapal devre rzgar tnellerinde
baka bir kanalla kontroll bir ekilde tekrar giri ksmna verilir (Bradshaw, P.,
1965). Ayn hava rzgar tneli alt mddete kullanlr. Bu nedenle ak
evrimli rzgar tnellerindeki gibi atmosfere atlan havann kinetik enerjisinden
dolay meydana gelen kayplar sz konusu olmamakta birlikte kelerdeki 90 lik
yn deitirmeler esnasnda bir miktar kayp olur (ekil 3.5).
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
24/98
14
ekil 3.5. Kapal evrimli rzgar tneli
(http://www.aerolab.com )
3.4.Ak ve Kapal evrimli Rzgar Tnellerinin Karlatrlmas
Her ne kadar ak evrimli veya kapal evrimli rzgar tnellerinin birbirlerine kar
stnlk salad durumlar sz konusu olsa da kullanm sahalar ve amalar farkl
olduu iin tamamen birini dierine tercih etmek doru olmayacaktr. Bu nedenleak ve kapal evrimli rzgar tnellerinin avantaj ve dezavantajlarndan bahsetmek
daha doru bir yaklam olacaktr.
3.4.1. Ak evrimli rzgar tnellerinin avantajlar
i. Ak evrimli rzgar tnellerinin imalat maliyeti dk olduu gibi imalat da
nispeten daha kolayd
r. A
k evrimli bir rzgar tnelinin bir ok eleman
ebatlar
nada bal olarak laboratuar ortamnda imal edilebilir ve kolayca monte edilebilir.
ii. Akm grntleme deneylerinden sonra, bu tr deneylerde kullanlan malzemeden
dolay rzgar tneli elemanlarnn zerinde yapan ve/veya biriken, akmn kalitesini
olumsuz etkileyen toz, kir, ya ve benzeri materyallerin temizlenmesi daha kolaydr.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
25/98
15
3.4.2. Ak evrimli rzgar tnellerinin dezavantajlar
i. Ak evrimli rzgar tnellerinde akm kalitesini arttrmak iyi bir analiz ve alma
gerektirir. Bu tr rzgar tnellerinde kullanlan hava dorudan atmosferden
saland iin rzgar tnelinin konulduu laboratuarn mekan hacmine bal olarak
rzgar tnelinin deney odasndan nce bir yere daha byk ve daha geni "elek"
yerletirilmesine ihtiya duyulur.
ii. Hava giriinin ve knn dorudan darya ald durumlarda rzgar ve souk
hava da deneyi etkileyebilir.
iii. Sistemde tketilen g fazla, verim ise dktr. Atmosfere atlan akmn miktar
ve hz ile doru orantl artan kinetik enerji de kayp olarak d ortama verilir. Bu
nedenle rzgar tnelinin yksek performansla kullanmn gerektiren kapsaml
aratrma ve testlerde istenen bir hz elde etmek iin daha fazla enerjiye ihtiya
duyulmaktadr ( hz artarsa kayp kinetik enerji de artar ).
iv. Ak evrimli rzgar tnelleri grltl altklar iin iine konulduu
laboratuarn yeri de nem kazanmaktadr. Ayrca deney odasnda istenen akm
artlarn bozmamas asndan dar atlan akmn kendiliinden genileyerek
hznn sfr olmas iin laboratuar duvarlarnn kar basnca sebep olmayacakekilde uzak olmas gerekir.
Ak evrimli rzgar tnellerinin avantaj ve dezavantajlar da gz nnde
bulundurularak ak evrimli rzgar tnelleri, maliyetinin dk olmasndan dolay
genellikle yksek performansa gereksinim duyulmad durumlarda niversite
laboratuarlarnda deney yapmak amacyla kullanlr. (Rae ve Pope, 1984)
3.4.3. Kapal evrimli rzgar tnellerinin avantajlar
i. Akmn kalitesini belirlemede nemli faktr olan akm dzgnl ve ortamn
scakl gibi akm artlarn belirlemek ve kontrol etmek daha kolaydr.
ii. Deney odasnda istenen belli bir hz elde etmek iin daha az enerjiye ihtiya
vardr. Az enerji ile yksek hz elde etmek mmkndr
iii. Kapal evrimli rzgar tnelleri daha az grlt kirliliine sebep olurlar.
iv. Ak evrimli tnellere nazaran monte etmek iin daha az yere ihtiya duyulur.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
26/98
16
3.4.4. Kapal evrimli rzgar tnellerinin dezavantajlar
i. Akm grnrll gibi, rzgar tnelinin zellikle bal petei, elek ve deney odas
gibi blmlerinde yalanma, tozlanma, kirlenme gibi istenmeyen durumlarn
meydana gelmesine neden olan deneyler yapmak risklidir. Rzgar tnelinin bu
blmlerinin sk sk temizlenmesini gerektirir. Kapal evrimli rzgar tnelinde bu
ilem ok zordur. Dolays ile akm artlarnda ve kalitesinde nemli bozulmalarn
meydana gelmesi sz konusudur.
ii. Kapal evrimli rzgar tnelinin bulunduu yerin iklim artlarna da bal olarak,
yksek performans gerektiren ve rzgar tnelinin uzun sre kullanlmasn gerektiren
deney ve almalarn yaplmasnn sz konusu olduu durumlarda havay soutmak
iin bir hava soutucusu (air exchanger) veya ayn amala eitli yntemler
kullanlmaldr.
iii. Kapal evrimli bir rzgar tnelinin imalat maliyeti ak evrimli bir rzgar
tnelinin maliyeti ile kyaslandnda %60-100 gibi bir oranda olduka yksektir.
Kelerde akm karakterinin bozulaca da dikkate alnrsa tnelin imalat ve
kurulmas da olduka zordur.
3.5. Rzgar Tnelinin Akm Kalitesi ve Akm Kalitesini Etkileyen Faktrler
Rzgar tnellerinde yaplan deneylerin baarl olmas iin salanmas gereken ilk
husus, atmosfer ierisinde bir cisim etrafnda meydana gelen aerodinamik olayn bir
benzerinin rzgar tneli deney odas ierisinde bu cismin benzeri bir model etrafnda
yaratlmasdr. Bu da ancak deney odasnda gerek akm koullarna yakn akm
artlar
n
elde etmekle mmkndr. Aksi halde deneyle incelenen olay gerek olay
nbenzeri olmayaca gibi, deney srasnda yaplan lmelerden elde edilen sonular da
gerek cisim zerinde gvenle kullanlamaz. Bu nedenle tasarlanan herhangi bir
rzgar tnelinde gerek artlara yakn zelliklerde bir akm oluturmak iin akm
kalitesini etkileyen faktrleri incelemekte yarar vardr (Gorlin ve Slezinger, 1966).
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
27/98
17
3.5.1. Akm kalitesi
Deney odasndaki akmn kalitesi denince, genel olarak deney odasnda akmn
niform ve paralel olmas ve akmdaki alkant ve trblans seviyesinin dk
olmas kastedilir. ok kaliteli bir rzgar tnelinde deney odasnda modelin olmad
artlarda akm niformluunun ortalama hzn %0.1' i mertebesinde, paralellikten
olan sapmalarn 0.25 derecenin altnda ve trblans seviyesinin de %0.1' in altnda
olmas istenir. Akmn niformluuna sadece deney odasnn dik kesidi ierisinde
baklmaz. Ayrca deney odas ekseni boyunca da bir basn gradyant olumas
istenmez.
Ancak her zaman yukardaki deerleri elde etmek mmkn olamayabilir. Bu
taktirde rzgar tneli daha az kaliteli, kalitesiz eklinde vasflandrlr. Akm
kalitesinin ok iyi olmad baz hallerde bunun deney sonular zerindeki olumsuz
etkileri bir takm dzeltme yntemleriyle giderilmeye allr. rnein akmda
paralellikten 0,25 dereceye kadar olan sapmalar iin herhangi bir dzeltmeye ihtiya
duyulmaz iken, 1 dereceden daha fazla sapma varsa bir dzeltme ihtiyac ortaya
kar.
Akm trblansnn yeterince dk olmamas halinde deneysel olarak incelenen
cisim zerindeki snr tabakann gerek olaydakinden farkl geliecei beklenir.
Akmn niform olmamas halinde hz farkllklarnn kayma gerilmelerine ve
vortisiteye neden olaca ve bunun da model etrafndaki akm alann deitirecei
sylenebilir. Akmn paralel olmamas halinde ise cismin maruz kald akm as
(Hcum a
s
gibi) gerek olaydakinden farkl
olaca
ndan model etraf
ndaki ak
mgerek olaydakinden daha farkl geliecektir.
3.5.2. Akm kalitesini etkileyen faktrler
Deney odasndaki akm zellikleri genel olarak rzgar tnelinin geometrik yapsnn
bir sonucudur. Bununla birlikte rzgar tnelinde herhangi bir model var ise, bu
modelin de akm kalitesi zerinde olumsuz bir etkisi beklenebilir.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
28/98
18
Tnel geometrisinin etkisi kapsamnda ncelikle kollektrn geometrisini belirtmek
gerekir. Kollektr geometrisinin uygun olmamas halinde akmn niform ve
paralellii temin edilemez. Kolektrn akm trblansnn azaltlmas konusunda da
nemli bir etkisi olduu ileri ki blmlerde ayrntl olarak belirtilecektir. Akm
kalitesi zerinde deney odasndan nce yer alan dinlenme odas, bal petei, trblans
elei gibi elemanlarn etkisi olduu gibi, zellikle kapal devreli tnellerde kanaln
ileriki ksmlarnda yer alan keler, ke dzeltici levhalar, difzrler, pervane vb.
gibi btn elemanlarn ve ak devreli rzgar tnellerinde hava giri alnn bir
etkisi vardr. Bunun yannda baz hallerde deney odasndan sonraki elemanlarn
geometrilerinin de akm kalitesi zerinde bir etkisi olabilir. rnein difzrdeki bir
akm ayrlmas, emici pervanedeki bir dzensizlik dolayl olarak akm kalitesine etki
edebilir.
Deney esnasnda modelin deney odasnda sabit tutulmas amacyla kullanlan
tertibatlar da akm kalitesine dorudan etki etmektedir. Modeli tutan bu elemanlar
model kuvvetine ilave kuvvetler dourarak aerodinamik kuvvetlerin lm
sonularna etki edebildikleri gibi, bunlarn zerinde oluabilecek akm ayrlmalar
hem model etrafndaki akm yapsnda olumsuz ynde deiikler meydana getirebilir,hem de kapal devreli bir tnelde deney odas giriindeki akm kalitesini etkileyebilir.
Rzgar tnellerini oluturan elemanlarn yzeylerinde oluan snr tabaka geliimi ve
zellikle meydana gelebilecek akm ayrlmalar da akm kalitesini etkileyen nemli
parametrelerden birisidir.
3.5.3 Deney odasndaki trblans seviyesinin belirlenmesi
Aktaki trblans seviyesini tayin eden kriter Re (Reynold) saysdr. Normal
artlarda kanal iinde hareket eden bir akkan iin kritik Re says 2300 dr. Bu
deerin altndaki Re saylarnda akn laminer, bu deerin stndeki saylarda da
akn trblansl olduu kabul edilir.
Rzgar tnellerinde ise genellikle kritik Re saysnn ok zerinde allr (Yaklak
1,0 x 106 - 2,5 x 106 deerleri arasndadr). Bu da gsteriyor ki btn rzgar
tnellerinde ak trblansldr. Bu nedenle akkan hareketine bal olarak trblans
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
29/98
19
derecesinin tespit edilmesi olaylarn daha iyi anlalmas asndan nemlidir.
Trblans u ekilde ifade edebiliriz. Verilen bir noktada trblans, o noktadaki
ortalama hzda meydana gelen sapmalarn karesinin karekknn yine o noktadaki
ortalama hza orandr ( Gorlin ve Slezinger, 1966).
=ortV
V
(3.1)
V = t
0
2dtV
t
1(3.2)
Yukardaki ifadelerde , trblans derecesini yzde olarak ifade eder.
V , hzdaki
sapmalarn karelerinin toplamnn karekkdr. t ise hzda meydana gelen en byk
salnm iin geen sreyi ifade eder. Rzgar tnellerinde genellikle ortalama hz
len aletler kullanld iin trblans dzeyi test sonularnn analizi yaplrken
hesaba katlr.
3.6. Rzgar Tnellerinin Genel Tasarm Esaslar
3.6.1. Deney odas ve akm kalitesi
Rzgar tnellerinin tasarm kriterleri rzgar tneli tipine gre nemli bir farkllk
gstermez. nk her trl rzgar tnelinde ortak olan birok ksm bulunmakta
olup bu ksmlarn alma prensipleri ve hesaplama yntemleri ayndr. Bu nedenlebu blmde ncelikle rzgar tnelleri elemanlarnn tasarmna ait genel bilgiler
verilecektir.
Bir rzgar tnelinin tasarmna balarken ilk nce ne tr deneyler ve lmler
yaplacan, bu deneyler iin genel olarak gerekecek hz rejimini belirlemek gerekir.
Daha sonra tnelin tipine karar verilmelidir. Son adm ise tnel iinde meydana
gelecek kay
plar
n hesab
ve bu kay
plar
kar
layacak fan
n ve motorun seimi tekileder. Bu tespitler yaplrken gz nnde tutulmas gereken bir ok faktr vardr. Ama
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
30/98
20
genel olarak tnelin verimi ve maliyeti zerinde durulur. Bu iki faktr arasnda
uygun bir yaklam yaplr. (Rae ve Pope, 1984)
Rzgar tnellerinde ok eitli tiplerde ve ok farkl amalar iin deneyler
yaplabilmektedir. Bunlar aadaki gibi sralayabiliriz .
a. Kara ve deniz tatlar, Gaz trbini, kompresr, fan ve kanat, pervane, rzgar
trbini, binalar, kprler gibi hava akmna maruz kalan her trl ara ve bunlarn
elemanlar ile ilgili deneyler.
b. Uan bir ara zerine veya bunun bir eleman zerine, dzgn simetrik uu
srasnda veya ini, kalk, dn gibi manevra hareketleri srasnda etkiyen
aerodinamik kuvvetlerin incelenmesi.
c. Laminer, trblansl, geisel snr tabakalar, iz, jet, alak sesalt akm, yksek
sesalt akm, sesst akm, hipersonik akm vb gibi farkl karakterdeki hava
akmlarnn incelenmesi .
d. Aerodinamik kuvvetlerin yap zerinde oluturduu ekil deiimlerinin, yani
aeroelastik olaylarn incelenmesi.
Bu kadar farkl tipteki deneylerin tek bir rzgar tnelinde yaplmas ve bu deneyler
iin gereken btn deney aletlerinin bu tnele yerletirilmesi olduka zordur. Bu
nedenle deiik maksatlar iin deiik tnellerin yaplmas zorunludur. Daha nce de
belirtildii gibi devam eden blmde ses alt rzgar tnellerinin genel dizayn
kriterleri anlatlacak ve daha sonraki blmlerde de bu bilgiler nda bir rzgar
tneli tasarm yaplacaktr.
Deney odas, ierisine modelin konulduu, lmlerin yapld, model etrafnda
meydana gelen aerodinamik olaylarn gzlendii / incelendii blm olup rzgar
tneli tasarmnda byk bir neme sahiptir. Zira tnelin dier elemanlar deney
odasnda istenen kriterleri salayacak ekilde dizayn edilirler. Boyutlandrma
yaplrken deney odasnn ebatlar esas alnarak yaplr. Deney odas rzgar tnelinin
karakteristik zelliklerini belirleyen eleman olduu iin, tnelin dizayn deney
odasnn dizayn ile balar.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
31/98
21
Deney odasnn ebatlar, akm hz ve gerekli enerji belirlenirken rzgar tnelinde
yaplmas planlanan deney, aratrma, projeler ile maliyet ve rzgar tnelinin
yerletirilecei mekan da dikkate alnr. Maliyet ve tnelin alabilmesi iin gerekli
enerji deney odasnn kesit alanna dorudan bal olduu iin nceden tahmin
edilebilir (Rae ve Pope, 1984).
P =3
ddVA2
1 (3.3 )
Burada P, tnelin gcn; , havann younluunu; A, deney odasnn kesit alann;
Vd, deney odasndaki havann ak hzn belirtmektedir.
Gerekli enerji ve maliyet deney odasnn kesit alanyla alakal olduu iin deney
odas eklinin enerji kayplar zerinde nemli bir etkisi yoktur. Bu nedenle kesit
eklinin seiminde daha ziyade akm kalitesi ve kullanm kolayl n plana kar.
Deney odas kesit ekli dairesel, eliptik, dikdrtgensel, kare, altgen veya sekizgen
biimli olabilmektedir. Ancak model yerletirilmesine imkan salayacak genilie,
ykseklie ve akm grntleme deneylerinde grnt alnabilmesine uygun duvar
yapsna sahip olmasna dikkat edilmelidir. Deney odas duvarlarnda alp
kapatlabilir pencereler veya paneller, kullanm kolayl ve gvenlii salayaca
iin tavsiye edilir (Mehta ve Bradshaw, 1979). Gemite edinilen tecrbeler, test
edilecek modellerin zelliklerine de bal olmak kaydyla, deney odas kesit
geniliinin ykseklie orannn 0.6 ile 1.7 arasnda olabileceini ortaya koymutur.
( Rae ve Pope, 1984, Gorlin ve Slezinger, 1966)
Deney odasnn boyu, hidrolik apyla ilikilendirilebilir. Deney odas boyu arttka
deney odasndaki akm hznn byklne de bal olmak zere enerji kayplar
artacaktr. Bu bakmdan ok uzun tutulmamasnda fayda vardr. Kald ki, deney
odas boyu hidrolik apn 3-4 katn fazla getii zaman duvarlar zerinde oluan
snr tabaka kalnlnn ar artmasndan dolay difzrde akm ayrlmas riski
olabilir (Bradshaw, 1968). Bununla birlikte, ok ksa bir deney odas da model
nnde niform akm artlarnn oluturulamamas bakmndan uygun olmaz Sonu
olarak deney odas boyu iin tavsiye edilen byklk hidrolik apnn 3 kat
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
32/98
22
civardr. (Punkhurst ve Holder, 1952)
Deney esnasnda meydana gelen aerodinamik olaylarn gzlemlenebilmesi ve akm
grnrl deneylerinde / almalarnda modelin grlebilmesi iin deney
odasnn duvarlarna pencere konulmaldr. Pencere, modelin tamamn grecek
ekilde deney odasnn st, yan, ihtiyaca gre alt duvarlarna yerletirilebilir.
Deney odasnn duvarlarna pencere amak iin deiik malzemeler kullanlabilir.
Burada gvenlik nemlidir. Pencere malzemesi fotoraf ekmeye uygun olmal ve
lazer na maruz kaldnda bozulmalar minimum seviyede olmaldr. Baz
malzemeler fotoraf nn ssna dayanamayarak krlmaktadr. Bu nedenle
malzeme seilirken mukavemetinin iyi olmasna ve deney odasnn ierisini
rahatlkla grlebilmesine imkan verecek ekilde olmasna dikkat edilmelidir.
Pratikte en ok kullanlan malzeme plexiglastr. (Rae ve Pope, 1984)
Deney odas duvarlar zerinde oluan snr tabaka, deney odas boyunca bir miktar
kalnlar. Bunun sonucu olarak deney odas boyunca akm hznda bir miktar art ve
statik basnta da bir azalma meydana gelir, yani niform-paralel akm artlarbozulur. Bu sorunu giderme yollarndan birisi deney odasnn kesit alann akm
ynnde snr tabaka kalnlnn etkisini telafi edecek miktarda arttrmaktr. (Mehta
veBradshaw, 1979, Atl ve Erim, 1985, Erim ve di., 1980)
Deney odas duvarlarna uygulanacak genileme as iin belirleyici parametre
Reynolds saysdr. Genileme as 107-10
8gibi byk Reynolds saylarnda
0.1-0.25, 105
-106
gibi kk Reynolds saylarnda ise 0.25 0.50
arasndaalnmaldr. (Gorlin ve Slazinger, 1966, Albayrak, 1984, Rae ve Pope, 1984 )
Deney odas duvarlarnda oluan snr tabakann kalnlamasn gidermenin bir
baka yolu da deney odasnn kelerine kebentler yerletirilmesidir. (Mehta ve
Bradshaw, 1979, Erim ve di., 1980) gen eklindeki bu kebentler ayn zamanda
deney odas boyunca ke ilerindeki akm bozulmalarn da azaltr.
Kaliteli bir rzgar tnelinde deney odasndaki akmn dk trblansl, hz
dalmnn niform ve akm izgilerinin tnel eksenine paralel olmas beklenir.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
33/98
23
Fakat akm izgilerinin tam paralel olmasn salamak ok zor olduu iin 0.25'
ye kadar olan sapmalar ihmal edilebilir. (Gorlin ve Slezinger, 1966)
3.6.2 Kollektr
Rzgar tnellerinde deney odasndan nce bir kollektr kullanlmasnn temel amac
akmn hzlanmasn salamaktr. Ak devreli bir rzgar tnelinde durgun
atmosferden alnan havann hznn ok dk olduu gz nne alnrsa, deney
odasnda istenilen hza eritirilmesi iin mutlaka bir daralan kanaldan geirilmesi
gerektii aktr. Kapal devreli bir tnelde ise deney odasnn haricindeki balant
kanallarnda akm hznn ok byk olmas istenmez. Byk akm hzlar hem enerji
kayplarn arttrr, hem de rzgar tneli pervanesinin verimi asndan olumlu
bulunmaz. Dolaysyla dk hzdaki bu akmn deney odasnda istenen hza
eritirilmesi iin yine bir kollektre ihtiya vardr. Kollektrn akm hznda yaratt
artn bykl daralma oran ile ilgilidir. Kollektrdeki daralmann ayrca
kollektr giriinde akmda muhtemelen mevcut olan hz farkllklarn ve trblans
veya benzeri dk frekansl baka alkantlar da azaltt bilinmektedir. Bu
azalmann miktar da yine kollektrn daralma oranyla yakndan ilgilidir. (Mehda veBradshaw, 1979)
Kollektrn, deney odasnda akm istenen hza eritirmesi yannda, deney odas
giriinden itibaren niform-paralel bir akm oluturmas da beklenir. Bu husus
kollektr duvarnn uygun bir ekle sahip olmasn gerektirir. Basit bir kollektr
geometrisi ekil 3.6' da sunulmutur.
ekil 3.6 Kollektrn ekli
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
34/98
24
Bir kollektrn knda akmn niform ve paralel olmas beklenir. Giri kesitindeki
akm ise tam olmasa da niforma yakn bir hz dalmna sahiptir. ou zaman
ortalama bir hz etrafnda niform dalm kabul edilir. Buna gre giri ve k
kesitlerinde kollektrn dik kesit alan ve hzlar srasyla A1, V1, A2, V2olmak zere
(ekil 3.7) sreklilik denklemi yardmyla elde edilir.
V2 =2
1
A
A.V1 (3.4)
Burada
A1 / A2 = n (3.4a)
Kollektrn daralma oran olarak adlandrlr. (3.4) bants akmn kolektr
geerken daralma oran nispetinde hzlandn ifade etmektedir.
ekil 3.7. Kollektrn daralma oran-hz ilikisi
(3.4) bants deney odas hznn ayn zamanda kollektr giri kesitindeki hza da
bal olduunu gstermektedir. Kollektre giren akmn hz, gereksiz kayplardan
kanmak iin, deney odasndaki maksimum akm hz 100 -150 m/s olarak
belirlenen dk hzl tnellerde 10-25 m/s ile, maksimum akm hz 250-300 m/s
arasnda olan ses alt rzgar tnellerinde ise 20-50 m/s ile snrlandrlmaldr.
Kollektrdeki daralman
n, kollektr giri kesitinde ak
mda bulunan muhtemel h
zfarkllklarn da azaltacan basit bir analizle gstermek mmkndr (Gorlin ve
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
35/98
25
Slezinger, 1966, s.27). Bunun iin kollektr giri kesitinde herhangi bir noktadaki
hz V 1 ve ayn dzlemin bir baka noktasndaki hz da, V1+ V1 ile gsterelim.
Akm hzlarnn ok kk olduu gz nne alnarak bu iki noktadaki basnlarn
ayn p1 deerinde olduu kabul edilebilir. Bu noktalardan geen akm izgilerizerinde kollektr k kesitindeki hzlar V2 , V2 olmak zere Bernoulli
denklemi uygulanrsa aadaki eitlik elde edilir.
p 1 + + 1V(2
1 V1)
2= p 2 + + 2V(
2
1 V2 )
2 (3.5a)
p 1 +2
1V2
1 = p 2 +
2
2V2
1 (3.5b)
ve bu iki bant, ikinci dereceden terimler ihmal edilmek kaydyla birbirinden
kartlrsa aadaki eitlik ve dolays ile boyutsuz bant elde edilir.
V1. V1 = V2. V2 (3.6)
1
1
V
V=
2
1
2
V
V
.
2
2
V
V (3.7)
2
2
V
V=
2n
1.
1
1
V
V(3.8)
Buna gre kollektr giri kesitindeki hzlarda grlecek bir farklln kollektr
k
nda, kollektr daralma oran
n
n karesi nispetinde azalaca
anla
lmaktad
r.
Kollektrdeki daralma genel olarak trblans azaltc nemli bir etkiye de sahiptir.
Kollektrn daralma oran ne kadar arttrlrsa deney odasndaki kritik Reynolds
says deeri de o kadar artar. Bu bakmdan kaliteli bir rzgar tneli iin tavsiye
edilen daralma oran 6 ile 9 arasndadr (Rae ve Pope, 1984, Mehda ve Bradshaw,
1979). Modern rzgar tnellerinde tnelin tipine ve ebatlarna bal olarak bu oran 4
~ 25 arasnda alnmaktadr. (Gorlin ve Slazinger, 1966 )
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
36/98
26
Rzgar tneli dinlenme odasnda bulunan dikey ve eksenel yndeki alkantlarn
kolektr boyunca nasl deitii ekil 3.8 da grlmektedir (Gorlin ve Slezinger,
1966, Pankhurst ve Holder, 1952). Buna gre, dikey yndeki h z alkantlar
kollektrn giriinden itibaren abuk bir ekilde der. Yatay yndeki hzlardaki
alkantlar ise kollektr balang kesiminde nce bir art gstermekle birlikte
kollektrn son ksmnda yine abuk bir d gstererek k kesitinde dikey
bileenle yakn bir deere gelir. Bu ekilde Ms dinlenme odasnda yer alan bal
peteinin gzenek boyutunu, x ise bal peteinden itibaren uzaklklar gstermektedir.
Yatay ve dikey hz alkantlarnda grlen ilk azalmalar bal petei ve bunun ardnda
yer alan elekten kaynaklanmaktadr.
Petekten itibaren akm ynnde mesafe
ekil 3.8 Kollektr daralmasnn Trblans bileenleri zerindeki etkisi(Gorlin ve Slazinger 1966)
Kollektr daralma orannn gereinden fazla artmas, tnelin tm ebatlarnn
bymesine ve maliyetin artmasna neden olur.
Deney odas ierisindeki akmn hzn kollektrn daralma oran ve kollektr
giriindeki ortalama akm hz belirlerken, akmn deney odasna girite niform ve
paralel olmas daha ziyade kollektr duvarnn profil geometrisiyle ilgilidir.
Kollektr dizayn literatrde her zaman ilgi duyulan zel bir problem olarak yer
almtr.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
37/98
27
Kollektr dizaynnda karlalan nemli bir problem duvar zerinde oluan snr
tabakann ayrlmas riskidir. Srtnmesiz akm artlarnda dizayn edilen ve teorik
olarak deney odasnda istenildii gibi niform paralel akm salayan bir kollektr,
duvar boyunca uygun bir basn dalm olumamas halinde snr tabaka
ayrlmasna ve sonu olarak deney odasndaki akm kalitesinin dmesine yol aabilir.
Tipik bir kollektr duvar profili ve bunun oluturduu hz ve basn dalmekil
3.9 de grlmektedir.
ekil 3.9 Tipik bir kollektr duvar boyunca hz ve basn dalmlar(Rae ve Pope, 1984)
Buna gre akm kollektr duvar boyunca, kollektr giri kesiminde yavalamakta,
daha sonra hzlanarak kollektr bitiminde maksimum bir deerden gemekte ve bir
miktar yavalayarak deney odas giriinden itibaren sabit bir deere erimektedir.Buna karlk duvar boyunca basn dalmnda kollektr giri ksm ncesinde ve
deney odas girii civarnda olmak zere iki blgede artlar gzlenmektedir. te
snr tabaka geliimi asndan risk yaratabilecek bu durum basn art
gradyanlarnn snr tabaka ayrlmasna yol aabilecek kadar byk olmasdr. yi bir
tasarmda basn gradyanlarnn ok byk olmamasna dikkat edilmelidir.
Kollektr daralma orann kk tutarak ve/veya kollektr boyunu uzatarak
kollektr duvarlar boyunca ters basn gradyantn kltmek ve bylece snr
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
38/98
28
tabaka ayrlmalarnn nne gemck mmkndr. Ancak bu da snr tabakann
gereksiz yere fazla kalnlamasna neden olur. Hatta deney odasnda model artlarna
bal olarak akm ayrlmas ihtimali ortaya kabilir.
Bilgisayarlarla hesaplamalarn olmad dnemlerde kollektr dizayn gzle ya da
yaklak metotlarla yaplrd. (Rae ve Pope, 1984, Mehta ve Bradshaw, 1979)
Laplace denklemi veya Stokes-Beltrami denkleminin zmleri kolay bir kollektr
geometrisi elde etmek ve bir ok analitik zm yapmak asndan uygundur.
Kollektrle alakal ilk almalarn byk ounluunda potansiyel teori baz
alnmtr (Rae and Pope, 1984). lk nce kollektrn ekli belirlenir daha sonra da
oluan ters basn gradyenlerinin akm kalitesini ne kadar etkiledii incelenirdi. Bu
dnemde yaplan kollektrle alakal almalar neticesinde, kollektrn k
blmndeki erilik yarapnn giriine oranla daha kk olduunu sylemek
mmkndr.
Bilgisayarlarn devreye girmesiyle kollektr dizayn iin bir ok metot kullanlmaya
balanmtr. Bu dnemde yaplan almalarn byk ounluu kollektrdeki iki
boyutlu veya eksenel srtnmesiz srekli akmn analitik metotlarla zmyleilgilidir. ki boyutlu zmlerde ise hodograf veya konform dnm metodlarnn
kullanldn grmek mmkndr. Yaplan birok almada analitik zmler
yaplmtr. Analitik zmlerin zorluundan dolay da, problemi kolaylatrmak iin
kollektrn uzunluunu sonsuz varsaymak gibi kabuller yaplmtr. Bu kabuller de
baz hatalarn olmasna neden olmaktadr.
Gerekte ise kollektrn sonlu bir boyu vard
r. Fakat kollektrn boyunu sonsuzkabul etmekle, snr tabaka ayrlmalarna neden olan sonlu uzunluktaki bir
kollektrn giri ve k kesitleri civarndaki hz ekstremumlar ve zt basn
gradyeni ihmal edilmi olunur.
Kollektrn profil eklini elde etmek iin baz ampirik bantlar da
kullanlmaktadr. Bunlardan en ok bilineni Vitoshinski formldr (Gorlin ve
Slezinger, 1966, s.30, Erim ve di., 1985)
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
39/98
29
r(x)=
( )( )222
2222
1
2
2
a/x31
a/x31
r
r11
r
+
(3.9)
Burada x kollektr giri kesitinden itibaren tnel ekseni boyunca mesafeyi r,
kollektr yzeylerinin bu eksene dik uzakln ve r1 ve r2 de kollektrn giri ve
k kesitlerinde r nin ald deeri gstermektedir (3.9). a byklnn deeri ise
4 r2 olarak alnmaktadr.
Kollektr duvar erisi iin uygun sonu veren bir dier bant da l kollektrn
uzunluu olmakartyla aadaki gibi elde edilir. (Erim ve di., 1985)
r(x) = ( r1-r2 ) 2
33
rl
xl2
l
xl+
(3.10 )
ekil 3.10 Kollektr duvar erisi iin parametreler(Erim ve di., 1985)
Kollektrn boyu, dinlenme odas, kollektrn kendisi ve k ksmnn boylarnn
toplam olarak tanmlanabilir. Kollektrn uzunluu, kollektr duvarlar boyunca
snr tabaka ayrlmasna imkan vermeyecek bir basn dalm yaratacak snrlar
arasnda seilmelidir. Basn gradyantnn kk olmasn salamak iin daha uzun
kollektr tasarm tercihi makul grlebilir. Ancak daha uzun kollektrn hem tnel
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
40/98
30
boyunu ve maliyetini arttracan, hem de snr tabakann daha fazla kalnlamasna
yol aacan dikkate almak gerekir.
Tecrbeler kollektrn boyunun kollektr k kesiti apna (deney odas giri ap)
oranla 1.5 - 2 kat arasnda alnmasnn uygun olacan gstermektedir (Gorlin ve
Slezinger, 1966).
Kollektr dik kesiti olarak en ideal ekil dairedir. Ancak imalat genellikle zorluk
yaratr. malat asndan en kolay kesit ekli kare alandr. Bazen okgen kesitler de
kullanlabilmektedir. Ancak tercih edilecek kesit ekli, phesiz ki deney odasnn ve
dinlenme odasnn dik kesit ekillerine de bal olacaktr.
Dairesel olmayan herhangi bir dik kesit ekline sahip kollektrlerde ke iindeki
akm snr tabaka ayrlmasna daha meyillidir. Bununla birlikte 45 lik kebentler
kullanlarak snr tabaka ayrlmalarnn nne geilebilir (Mehda ve Bradshaw,
1979).
3.6.3. Dinlenme odas ( bal petei ve elek ilaveli )
Dinlenme odas rzgar tnelinde kollektrden nce yer alan ve akmn kollektre
olabildiince niform-paralel halde ve dk trblansl olarak girmesini salamak
zere yavalatld bir ksmdr. Paralel duvarl ve genel olarak geniliine kyasla
boyu ok uzun olmayan bu kanal ierisinde akm paralel hale getirmeye yarayan bal
petekleri ve trblans kltmeye yarayan elekler yer alr.
Tecrbeler genel olarak dinlenme odas boyunun giri apnn yars mertebesinde
alnmasnn uygun olacan gstermektedir. Kullanlan bal peteinin uzunluu ve
konumu, elekle bal petei arasndaki uzaklk vb. gibi nedenlerle dinlenme odas
boyunun daha uzun olmas zorunluluu ortaya kabilir. Ancak boyun ok uzun
olmasnn, dinlenme odas duvarlar zerindeki snr tabakann gereksiz yere
kalnlamasna neden olaca unutulmamaldr.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
41/98
31
Bal peteklerinin kullanlma amac kollektre doru yaklaan akmn olabildiince
paralel hale gelmesini salamaktr. Bunun yannda trblans azaltc bir etkisi
olduu da bilinmektedir. Bal petei bu yararlar yannda basn kayplarna neden
olur. Bu bakmdan tasarm srasnda btn bu hususlarn bir arada dnlmesi
gerekir. rnek bir bal petei ekil 3.11 da grlmektedir.
ekil 3.11 Bal petei(Mehta ve Bradshaw, 1979)
Bal petekleri, tnel eksenine gre akmdaki sapmalarn 10 dereceyi amadhallerde etkindir. Bunun zerindeki alarla bal peteine giren akm bal peteiyzeyleri zerinde ciddi ayrlmalara maruz kalabilir (Mehta ve Bradshaw, 1979). Bu
da bal peteinin etkinliinin azalmas yannda, basn kayplarn da arttrr. Bu
durumla zellikle f1emeli tipteki ak devreli rzgar tnellerinde, gerekli nlemler
alnmazsa karlalr. Fan knda dar olan kanal dinlenme odasnn kesit
geniliine ulatrlmak amacyla bir difzr kullanlarak geniletilir. Geni al olan
bu difzr ierisinde ou zaman ayrlma sorunuyla karlalr. Ancak difzr
ierisinde elekler kullanlarak ayrlmann nne geilebilir. Bylece akmn bal
peteklerine geli as azaltlabilir. Difzrdeki akmn geli as 40 civarnda ise
basn drme katsays, K =1.5 olan elekler kullanld takdirde sapma asn
yzde 70 orannda drmek mmkndr (Mehta ve Bradshaw, 1979).
Bal petekleri, adndan da anlalaca gibi genellikle bal petei gibi altgen biimde
tasarlanrlar. Bununla birlikte dairesel, dikdrtgen ve gen gzenekli olarak da imal
edilebilirler. Deiik tiplerdeki baz petek tasarmlarekil 3.12' de gsterilmi olup
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
42/98
32
bunlarn yol atklar basn kayp katsaylarekil zerinde belirtilmitir.
ekil 3.12 Bal petei tipleri ve basn kayp katsaylar (Rae ve Pope, 1979)
Yksek performans istenen rzgar tnellerinde ve rzgar yklerinin fazla olduu
byk tnellerde alminyumdan imal edilen bal petekleri tercih edilir (Mehta ve
Bradshaw, 1979). Ancak kk tnellerde birbirine geme yaplm karton bal
petekleri de kullanlabilir.
Bal peteinin akm dorultusundaki uzunluunun artmas akmn paralelletirilmesi
iin yararlanlan mesafenin artmas anlamna geldiinden olumlu bulunur. Uzun bir
bal peteinde ayn zamanda srtnme de artacandan akm dorultusundaki
bozuntularn dzeltilmesine de bir katks olaca beklenir (Punkhurst ve Holder,
1952).
Trblansn yanal dorultudaki bileenleri bal petei hcrelerinde bastrlarak hayli
kltlebilir, hatta bal petei hcre apnn 5-10 kat kadarlk bir mesafede
tamamiyle yok edilebilir. (Mehta ve Bradshaw, 1979). Ancak, bal petei
yzeylerinde de snr tabaka oluacan ve bu ekilde trblans retileceini de
unutmamak gerekir. Gzenekler iinden geen hava akmnn laminer olmas halinde
bal peteinin rettii trblans seviyesi akmn trblansl olmas halindekine kyasla
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
43/98
33
daha yksektir. Bir ok rzgar tnelinde bal petei gzenekleri iindeki akm
laminerdir.
Bal peteklerinin trblans seviyesi zerindeki etkileri (nan, 2003) tarafndan
incelenmi olup bal peteinin hemen ardna bir elek yerletirilmesi halinde bal
peteinin oluturduu trblansn azaltlabilecei tespit edilmitir. Literatrde yer
alan genel kan da bal peteklerinin eleklerle kullanlmasnn trblans azaltt
eklindedir (Punkhurst ve Holder, 1952).
Bal peteklerinden maksimum verimi almak iin hcre boyutlarn da iyi belirlemek
gerekir. Hcre ap yanal dorultudaki en kk hz deiiminin dalga boyundan
(byklnden) daha kk olmaldr. Hcre uzunluklarnn boylarnn ise akmda
bulunan en byk boyutlu girdaplarn ortalama aplar mertebesinde olmaldr. Bal
petei uzunluunun genellikle apn 6-8 kat civarnda olmas tavsiye edilmektedir
(Mehta ve Bradshaw, 1979).
Bal petei boyunun artmasnn basn kayplarn da arttracan beklemek
mmkndr.
Eleklerin kullanlmasnn iki temel amac vardr. Bunlardan birisi akmdaki
niformsuzluklarn azaltlmas, dieri ise trblansn azaltlmasna yardmc
olmaktr. Daha nce de belirtildii gibi dinlenme odasna ve genellikle bal
peteklerinin ardnda bulunacak ekilde yerletirilirler (Rae ve Pope, 1984).
Tnellerde hzn en dk olduu dinlenme odas ierisine yerletirilmelerine ramen
bas
n kay
plar
na ve dolay
s
yla tnel iin gerekli gcn artmas
na neden olurlar.
Eleklerin yaratt basn kayplar akmn daha hzl olduu blgelerde yava olduu
blgelere kyasla daha fazladr. Bunun sonucu olarak akmdaki niformsuzluklarn
azaltlmasna bir katkda bulunurlar. Bal peteklerinin yaratt basn kayplar
eleklere kyasla daha kk olup, bunlarn eksenel hz zerindeki etkisi daha azdr
(Rae ve Pope, 1984, s.74).
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
44/98
34
Elekler akmdaki byk lekli girdaplar krarak, ok sayda, kk lekli
girdapklara dnmesini salar. Bylece klen girdapklar kollektr boyunca
viskozitenin etkisiyle daha abuk yok edilebilir.
Elekler, kullanlma amalarnn gerei olarak akm trblansn azaltrken, bir
yandan da bizzat kendileri trblans retirler. Eleklerin rettii girdaplarn
bykl elekleri oluturan tellerin ap cinsinden tanmlanan Reynolds saysna
baldr. ayet Reynolds says yaklak 40' n altnda ise elek ilave bir trblans
uretmez (Pankhurst ve Holder, 1952, s.78). Sz edilen Reynolds saysnn kk
olmasn salamak iin eleklerde kullanlan tel aplar kk tutulmal ve dinlenme
odasndaki akm hznn ok byk olmamasna dikkat edilmelidir.
Akm grntleme deneylerinin yapld kapal devreli rzgar tnellerinde,
grntleme iin kullanlan maddelerin ve ayrca toz ve kirlerin birikiminden dolay
eleklerin niteliklerini kaybedebildikleri, hatta akmn niformluunun bozulmasna
neden olabildikleri gzlemlenmitir. Toz ve kir zerreleri eleklerin gzeneklerinde her
yerde ayn oranda olacak biimde birikmez. Bunun sonucu olarak eleklerin
gzenekleri farkl basn kayplarna neden olur ve dolaysyla deney odasndazamanla keyfi ve niform olmayan bir hz dalm meydana gelir. Bu nedenle akm
grnrl deneylerinin yapld rzgar tnellerinde, deney iin beyaz kil, ya,
buharlam ya, karbon tozu vb maddeler kullanlyorsa deneylerden sonra
temizliin ok iyi yaplmas gerekir. Bu temizlii kolaylatrmann bir yolu
dinlenme odas duvarnn kolaylkla elekleri kartp tekrar monte edebilecek
biimde yarkl olarak dizayn edilmesidir (Rae ve Pope, 1984).
Elekler genellikle metal tellerden imal edilmektedir. Rzgar yklerinin ok fazla
olmad durumlarda naylon ve polyester de kullanlmaktadr (Mehta ve Bradshaw,
1979). malatn niform biimde gerekletirilmesine dikkat edilmelidir. Ancak bu
hayli g olup, aerodinamik yk altnda bklen eleklerde niform olmayan imalatn
sonucu olarak arplmalar meydana gelebilir.
Elekler genellikle kare veya dikdrtgen hcreler eklinde rlerek yaplr.
Etkinlikleri basn drme katsays ve akm saptrma katsays ad verilen iki
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
45/98
35
parametreye balanabilir (Mehta ve Bradshaw, 1979). Basn drme katsays,
K = f1 (,Re,) (3.11)
burada, boluk oran, Re Reynolds says ve akm geli asnn birfonksiyonudur. Akm saptrma as ise;
= f2 (,K,) (3.12)
yine boluk oran ile akm geli asnn ve basn drme katsaysnn
fonksiyonudur. Boluk oran, ekil 3.13 de grld gibi elein bir gzenei
ierisindeki boluun toplam alana oran olmak zere, (Rae and Pope, 1984)
=
M
d1 2 (3.13)
Burada dtel ap, Mise gzenein geniliidir
ekil 3.13Boluk Oran(Mehta ve Bradshaw, 1979)
Trblansn drlmesi asndan 0.57 nin zerindeki boluk oranlar tavsiyeedilmektedir. Daha kk boluk oranlarna sahip elekler deney odasnda akm
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
46/98
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
47/98
37
K = K0 +dRe
2,55, K0 =
2
0,95
0,951
(3.17)
Burada Red elek telinin apna bal Reynolds saysdr.
Eleklerin, deney odasna giren akmn eksenel hz dalmnda bulunan
uniformsuzluklar giderdiklerinden daha nce bahsedilmiti. Eleklerin bu etkinlikleri
ile basn drme katsays arasndaki iliki iin bir bant Punkhurst ve Holder,
(1952), tarafndan,
1
2u
u
= K2 K2 +
(3.18)
eklinde gelitirilmitir. Burada 1u elekten nceki; 2u ise elekten sonraki hz
farkllklarn belirtmektedir. Bu bantya gre basn drme katsaysnn 2 olduu
eleklerde niformsuzluk hemen hemen tamamiyle elimine edilmektedir Basn
drme katsaysndaki art ile birlikte ihtiya duyulan gte de artma olur. Bu
nedenle trblans istenilen dzeyde drebilen ve ayn zamanda kabul edilebilir
snrlar dahilinde g kaybna yol aan elekler seilmelidir.
Elekler flemeli tipteki tnellerde fan ile dinlenme odas arasnda genel olarak
kullanlan geni al difzrlerde akm ayrlmalarnn nne gemek iin de
kullanlmaktadr. Bu amala kullanlan elekler ayn zamanda akmda grlen
sapmalarn dzeltilmesine de yaramaktadr. K=1,5basn drme katsaysna sahip
olan bir elek 40 civarndaki sapmalar yzde yetmi orannda azaltabilmektedir
(Mehta ve Bradshaw, 1979).
Akmn elekten kta tnel ekseniyle yapt ann elee giri asna oran
saptrma katsays olarak adlandrlr. Giri asnn kk deerleri iin saptrma
katsays,
= A+( )K1
B
+(3.19)
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
48/98
38
, akm saptrma katsays 0 ile 1 arasnda deimektedir. (Rae ve Pope, 1984, s.78).
ayet dinlenme odasnda birden fazla elek varsa, elekler arasndaki mesafe yle
belirlenmelidir ki arkadaki elek ndeki elekten etkilenmesin. Tecrbeler elekler
arasndaki mesafenin ve en son elek ile kollektrn girii arasndaki mesafenin
dinlenme odas hidrolik apnn en az 0.2 kat; ilk elek ile bal petei arasndaki
mesafenin ise dinlenme odas hidrolik apnn 0,1- 0,2 kat arasnda olduu
durumlarda akmn daha kaliteli bir biimde niformlatrlabildiini gstermektedir
(Mehta ve Bradshaw, 1979).
3.6.4. Difzr
Difzr rzgar tnelinde deney odasnn hemen ardnda yer alan, genleyen bir
kanal olup grevi deney odasnda yksek hza sahip olan akmn yavalamasn
salamaktr. Akmn yavalatlmas ak devreli bir rzgar tnelinde akmn
atmosfere atlmas srasnda ortaya kacak olan enerji kayplarn azaltmas
bakmndan nemlidir. Kapal devreli tnellerde ise deney odasndan sonraki
kanallarda kayplarn az olmas bakmndan ve tnel pervanesinin verimli almas
asndan nemlidir.
deal bir akm iin bir boyutlu hareket denklemi,
d (2
V 2) +
dp
= 0 (3.20)
olup bu ba
nt
dan, ak
m
n yavalamas
halinde birim ktle ba
na kinetik enerjisininazalaca, ancak hibir kayp olmad takdirde azalan kinetik enerjinin tamamen
basn enerjisine dnecei grlmektedir.
deal bir difzrden beklenen, deney odasndan kan akm yavalatrken, kinetik
enerjisinin de hibir kayba neden olmakszn basn enerjisine dntrmesidir.
Ancak bu mmkn deildir. Dolaysyla tasarm probleminde hedef kayplarn
minimum olmasn salayacak difzr geometrisinin elde edilmesidir. Nitekim
difzr performans, kinetik enerjiyi basn enerjisine kaypsz olarak
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
49/98
39
dntrebilme kapasitesiyle llr.
Deney odasndan kan akm difzr olmakszn dorudan atmosfere atlrsa akmn
kinetik enerjisinin tamam da ortama yaylr. Bu durumda akm kalitesini korumak
iin ayn miktarda enerjiye ihtiya vardr. (Punkhurst ve Holder, 1952)
te yandan, ses alt akmlarda oluan bozuntularn akmn geli ynnde de
yaylabildii hatrlanrsa difzr ierisindeki akmda meydana gelebilecek herhangi
bir bozulmann deney odasndaki akm artlarn da etkileyebilecei anlalr. Bu
bakmdan da difzrn ok dikkatli birekilde dizayn edilmesi gerekir.
Difzrn performansn deney odasndan difzre giren akmn kalitesiyle, bizzat
difzr ierisindeki akmn geliimi belirler. Difzr ierisinde akmn geliimi
difzrn geometrisine bal olup, bu hususla ilgili nemli parametrelerin, difzrn
genileme oran, genileme as ve dik kesit ekli olduu belirtilebilir (Gorlin ve
Slezinger, 1966).
Difzrler genel olarak kanal biiminde (kare veya dikdrtgen kesitli) ya da konikolarak tasarlanrlar (ekil 3.14).
ekil 3. 14 Difzr geometrisi (Rae ve Pope, 1984)
Difzrn genileme oran ( nd ) k kesiti ile giri kesiti arasndaki orandan ibaret
olup, genellikle kollektr daralma oran civarnda seilmesi tavsiye edilmektedir
(Gorlin and Slezinger, 1966, s.35, Punkhurst and Holder, 1952, s.56). Difzrn giri
kesidinin alan ile deney odasnn k kesidi alan ayn olup, difzrn kkesidinin alan seilen difzr genileme oranndan hareketle,
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
50/98
40
A 2 = n d . A 1 (3.21)
Burada A1 difzrn giri kesit alan, A2 ise k kesitinin alandr.
Difzr genileme as iin en ideal deer 7 olarak tavsiye edilmektedir (Gorlin ve
Slezinger, 1966, Punkhurst ve Holder, 1952). Genileme asnn 8 den fazla
olmas halinde difzr boyunca oluacak ters basn gradyant difzr duvar
zerindeki snr tabakann ayrlmasna yol aarak difzr performansnn ve bunun
yannda deney odas akm kalitesinin dmesine neden olabilir. Difzr asnn
kk olmas ise, seilmi bir difzr genileme oran iin difzr boyunun gereksiz
yere artmas
na neden olur ki, bu durumda difzr s
n
r tabakas
ok kal
nlaarakenerji kaybna neden olabilir. Kayplarn minimum seviyede olmas iin difzrn i
yzeyi de przsz olmaldr. Yzey przllnden dolay ortaya kan srtnme
kuvvetlerinin olumsuz etkileri hza bal olarak deiir. Yani yksek hzlarda
Reynolds saysndaki artla birlikte srtnme katsays da der
ekil 3.15 Srtnme katsaysnn Re saysna bal olarak deiimi (Gorlin ve Slezinger, 1966)
Difzrn uzunluu, genileme as ve genileme oran dikkate alnarak, (Gorlin
and Slezinger, 1966, s.35)
L d =)2/tan(2
DD
d
1d2d
(3.22)
Burada L d difzrn uzunluunu, d genileme asn, D 1d giri kesitinin, D 2d de
k
kesitinin hidrolik ap
n
belirtmektedir.
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
51/98
41
Difzrn verimini bulmak iin eitli almalar yaplmtr. Erim ve di.,
sktrlamaz akta difzr verimini, difzr boyunca her hangi bir noktada
akkann birim ktlesi bana kinetik enerjisindeki azalma -d(V2
/2) iken basn
enerjisindeki art, d.d(V2
/2)eklinde difzr verimine balayarak tanmlamtr
(Punkhurst ve Holder, 1952). Buna gre kayplarn olmad ideal bir difzr iin iki
kesit arasnda daha nce de yazlan (3.20), bir boyutlu hareket denkleminin benzeri
kaypl halde,
d.d
2
V2+
dpolarak yazlabilir. (3.23)
buradan integre edilerek veya yeni bir dzenleme ile,
d =
2
1
22
1
12
V
V1V
2
1
pp (3.24)
bulunur Ayrca sreklilik denklemi gerei , A1 difzrn giri , A 2 de k kesit
alan; V1giri, V2de k hz olmak zere,
1
2
V
V=
2
1
A
A
olup bu eitlik yukarda kullanlarak
d =
2
2
12
1A
A1V
2
1
H (3.25)
olarak ifade edilebilir. Burada H deeri,
H = ( ) ( )122
2
2
1 ppVV2
1
(3.26)
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
52/98
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
53/98
43
ikinci kriter ise fan pervane dzlemindeki en byk teetsel hzn 200 m/sn' den
kk veya eit olmasdr. te yandan tnel hznn kontrol edilmesi fann devir
hzn deitirmekle mmkndr. Fan pervanelerinin u hz (VT) kesinlikle ses
hzna yaklamamaldr. Aksi halde pervane ularnda oluacak transonik akmlar
nedeniyle fan verimi decei gibi deney odasndaki alma artlar da olumsuz
etkilenecektir. Ayrca fan pervanelerinde titreim ve rpnt meydana gelmemesi
gerekir.
Vt = 200
2
D ff m/sn (3.30)
f=60
n.2(3.31)
Burada Df fan pervanesinin ap (m), n motor devri (dev./dk.) ve f fann asal
hzdr (rad/sn). Fan pervaneleri ile tnel duvar arasnda da belli bir miktar boluk
olmaldr. Mmkn olduunca kk olmas tercih edilen bu boluun fan pervanesi
apna bal olarak deiimi Tablo 3.1 de sunulmutur.
Tablo 3.1. Fan kanatlar ile tnel duvar arasndaki mesafe;
(Mehta ve Bradshaw, 1979)
Fan kanatlarnn ap Tnel duvaryla arasndaki mesafe
5 m den byk 30-40 mm
2-5 m aras 20-30 mm
2 m den kk 5-15 mm
Fan bir elektrik motoru yardmyla altrlr. Sz konusu motor, fann istenen
deerlerde asal hz retmesini, dolaysyla tnelde hava akm elde edilmesini
salar. Motorun tnelin dnda bir yere monte edilmesi daha yaygn bir kullanm
eklidir.
Rzgar tnellerinde kullanlan fanlar, fann gcne yani basma yksekliine(meydana getirecei basn farkna) dikkat edilerek seilir. Bu zelliklerdeki fanlarn
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
54/98
44
belirlenmesi iin tnelin her bir blmnde meydana gelen kayplar ve deney
odasndaki akmn debisi kriter olarak seilir. Pratikte kullanlan fanlar genel olarak
eksenel (ekil 3.3) ve radyal (santrifj) (ekil 3.4) fanlar olarak ikiye ayrlrlar.
Eksenel fanlar rzgar tnellerinin byk ounluunda kullanlan fan tipidir. Kapal
devre rzgar tnellerinin hepsinde bu tip fanlar kullanlr. Genelde ak evrimli
rzgar tnellerinde difzr sonuna, kapal evrimIi rzgar tnellerinde ise ikinci
keden sonraki blgeye yerletirilir. Eksenel fan akkana eksenel ynde bir
ilerleme hareketi kazandrrken, fan kanatlarnn tasarmndan dolay kanatlarn
dn ynnde bir dnme hareketi de meydana getirebilir. Bu durum akm ierisinde
girdaplarn olumasna neden olur. Oysa akm izgilerinin tnel eksenine paralel
olmas istenmektedir. Bu durumun nne gemek iin fanlar akm dorultucu
kanatlar ile takviye edilirler. Sz konusu kanatlar fann gerisine yerletirilmi sabit
kanatlar, fann n tarafna yerletirilmi hareketli kanatlar ile fandan sonra ters ynde
dnen ve asl fandan kan girdaplar tamamen ortadan kaldrmaya yarayan ikinci bir
fandr. Akm dorultucu kanatlarn iyi dizayn edilmesi ile fan kndaki akm
ierisindeki girdap ve vortex etkisi elimine edilebilir.
Eksenel fanlar, pervane u ksmlarnda transonik hzlara erime gibi bir sorun
yaanmamas iin, rzgar tnelinde hzn dk olduu bir yere monte edilir. Ak
evrimli rzgar tnellerinde bu yer genellikle difzrn sonudur (Punkhurst ve
Holder, 1952).
Fan ve kayplar arasndaki ilikiyi anlamak iin fann yerletirildii kanal ierisinde
iki nokta aras
nda Bernoulli denklemi yaz
ld
nda,
P + 2V2
1 = Sabit (3.32)
2
h
2
22
2
11
2
V
D
Lk
2
VP
2
VP++
=+
(3.33)
kayplardan dolay statik basnta P kadar bir dme meydana geldii grlr.
Burada L difzrn uzunluu, Dh difzrn hidrolik apdr. k kayp katsaysnn
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
55/98
45
deeri ise ,
k =
q
P
AV2/1
A.P2
=
(3.34)
flemeli tip (blower type) rzgar tnellerinde kullanlan ve tnelin giri blmne
yerletirilen dier bir fan da radyal tip fanlardr. Radyal fanlar dzgn hava akm
elde etme imkan saladklar iin trblans seviyesinin dk olmasnn istendii
kk ses alt rzgar tnellerinde daha ok tercih edilirler. Ayrca deiik alma
artlarnda yksek verimde alabilme imkan da salamaktadr.
3.7. Rzgar Tnellerinde Enerji Kayplarnn Hesaplanmas
Rzgar tnellerinin eitli blmlerinde meydana gelen kayplar tnelin
performansn dorudan etkiledii iin hesaplanmas gerekir. Rzgar tnellerindeki
enerji kayplar genellikle yzey przll ve akm artlarna bal olarak deien
srtnme kuvvetleri ile tnel elemanlarnn geometrisine de bal olarak meydana
gelen lokal akm ayrlmalar, trblans ve girdaplarn neden olduu basn
kayplarndan kaynaklanr. Sz konusu kayplar genellikle difzr, bal petekleri ve
eleklerde olur. Ancak akm ile temas eden tm yzeylerde kayplar olaca iin
rzgar tnelinin dier elemanlarnda meydana gelen kayplar da hesaplanmaldr.
Ancak ne var ki tnel ierisindeki akmn geliimi tnelin her bir elemannda farkl
olduu ve bu elemanlarn akmn giri ve k koullarndan ayn derecede
etkilenmedikleri iin kayp katsaysnn bulunan deerleri yaklak deerler olacaktr.
Yzey srtnmelerinden dolay meydana gelen basn kayplarn hesaplamak iinaadaki formller kullanlr.
iP = Ki qi (3.35)
qi = V2
1 i
2 (3.36)
Burada Ki tnelin her bir elemanndaki kayp katsaysn, iP basn deiimini, Vi
-
7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De
56/98
46
hz, qi dinamik basnc ifade etmektedir. (3.35) bantsnda eitliin sa taraf deney
odasndaki dinamik basnla (qd =2
dV2
1 ) arplp blnrse basn katsaysn kesit
alanlara balayan bir ifade elde etmek mmkn olur. Zira dinamik basncn kesit
alannn karesiyle ters orantl olarak deitii bilinmektedir. Ad deney odasnn, Ai
kayplarn hesapland blmn kesit alan olmak zere,
Pi = Ki d2d
2
i qA2/1
A2/1
(3.37)
eklinde ifade edilen (3.37) ba
nt
s
n
sreklilik denklemini kullanarak h
zlarla kesitalanlar arasndaki iliki aadaki formller yardmyla hesaplanr.
Vi /Vd = Ad /Ai (3.38)
Pi = Ki
2
i
d
A
Aqd (3.39)
olarak dzenlemek mmkndr. (3.39) bants deiik eki