ÜÇ BOYUTLU SINIR TABAKA AKIŞLARININ KARARLILIK ÖZELLİKLERİNİN DOĞRUSAL KARARLILIK TEORİSİ YAKLAŞIMI İLE BELİRLENMESİ

Benzer belgeler
AERODİNAMİK KUVVETLER

TAŞINIMIN FİZİKSEL MEKANİZMASI

AERODİNAMİK KUVVETLER

Şekil 1:Havacılık tarihinin farklı dönemlerinde geliştirilmiş kanat profilleri

KANAT PROFİLİ ETRAFINDAKİ SIKIŞTIRILAMAZ AKIŞ

SAYISAL KARARLILIK. Zaman Uzayı Sonlu Farklar Yöntemi

Momentum iletimi. Kuvvetin bileşenleri (Momentum akısının bileşenleri) x y z x p + t xx t xy t xz y t yx p + t yy t yz z t zx t zy p + t zz

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFERİ LABORATUARI

Suyun bir yerden bir başka yere iletilmesi su mühendisliğinin ana ilgi konusunu oluşturur. İki temel iletim biçimi vardır:

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKIŞKANLAR MEKANİĞİ LABORATUARI

Zaman Uzayı Sonlu Farklar Yöntemi

ÇEV-220 Hidrolik. Çukurova Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Yrd. Doç. Dr. Demet KALAT

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

BÖLÜM 5 KANAT PROFĐLLERĐNĐN AERODĐNAMĐĞĐ

Numerical Investigation of the Effect of Needle Tilting Angle on Irrigant Flow Inside the Tooth Root Canal

KAYMALI YATAKLAR I: Eksenel Yataklar

UÇUŞ SIRASINDA BUZLANMA ANALİZLERİNDE DAMLACIK YÖRÜNGELERİNİN PARALEL HESAPLAMA YÖNTEMİYLE BELİRLENMESİ

BÖLÜM 6 TÜRBÜLANSA GEÇİŞ

BÖLÜM 1: MADDESEL NOKTANIN KİNEMATİĞİ

Akışkan Kinematiği 1

SES-ÜSTÜ KANARD KONTROLLÜ FÜZELER İÇİN SERBEST DÖNEN KUYRUĞUN ŞEKİL OPTİMİZASYONU

İçindekiler 1 GENEL KAVRAM ve TANIMLAR 2 TEMEL YASALAR ve KORUNUM DENKLEMLERİ vii

Sayısal Filtre Tasarımı

SENTETİK JET PARAMETRELERİNİN ELİPTİK PROFİL VE KANAT KESİDİ ÜZERİNDEKİ AKIŞIN KONTROLÜ İÇİN YANIT YÜZEYİ YÖNTEMİ İLE ENİYİLEŞTİRİLMESİ

EMAT ÇALIŞMA SORULARI

BOYUTSUZ SAYILAR VE FİZİKSEL ANLAMLARI

HATA VE HATA KAYNAKLARI...

9.14 Burada u ile u r arasındaki açı ve v ile u θ arasındaki acının θ olduğu dikkate alınarak trigonometrik eşitliklerden; İfadeleri elde edilir.

3. V, R 3 ün açık bir altkümesi olmak üzere, c R. p noktasında yüzeye dik olduğunu gösteriniz.(10

HELİKOPTER KANADININ ÇIRPINMA ANALİZİ

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ-II

MIT Açık Ders Malzemesi İstatistiksel Mekanik II: Alanların İstatistiksel Fiziği 2008 Bahar

İ çindekiler. xvii GİRİŞ 1 TEMEL AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ BERNOULLİ DENKLEMİ 68 AKIŞKANLAR STATİĞİ 32. xvii

FİZİK 4. Ders 10: Bir Boyutlu Schrödinger Denklemi

DEĞİ KEN KAMBURA SAHİP NACA 4412 KANAT KESİTİNİN 2-BOYUTLU AERODİNAMİK ANALİZİ

Fiziksel Sistemlerin Matematik Modeli. Prof. Neil A.Duffie University of Wisconsin-Madison ÇEVİRİ Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU 2012

İleri Diferansiyel Denklemler

5. Boyut Analizi. 3) Bir deneysel tasarımda değişken sayısının azaltılması 4) Model tasarım prensiplerini belirlemek

Fiziksel bir olayı incelemek için çeşitli yöntemler kullanılır. Bunlar; 1. Ampirik Bağıntılar 2. Boyut Analizi, Benzerlik Teorisi 3.

Sistem Dinamiği. Bölüm 2- Dinamik Cevap ve Laplace Dönüşümü. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

İleri Diferansiyel Denklemler

Elastisite Teorisi Düzlem Problemleri için Sonuç 1

ÇİFT CAMLI PENERELERDE ISI GEÇİŞİNİN İNCELENMESİ

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

LİNEER DALGA TEORİSİ. Page 1

Birinci Mertebeden Adi Diferansiyel Denklemler

MADDESEL NOKTANIN EĞRİSEL HAREKETİ

DEVRE VE SİSTEM ANALİZİ ÇALIŞMA SORULARI

Borularda Akış. Hesaplamalarda ortalama hız kullanılır.

Pervane 10. PERVANE TEORİLERİ. P 2 v 2. P 1 v 1. Gemi İlerleme Yönü P 0 = P 2. Geliştirilmiş pervane teorileri aşağıdaki gibi sıralanabilir:

2 1 fonksiyonu veriliyor. olacak şekilde ortalama değer teoremini sağlayacak bir c sayısının var olup olmadığını araştırınız. Eğer var ise bulunuz.

5. Boyut Analizi. 3) Bir deneysel tasarımda değişken sayısının azaltılması 4) Model tasarım prensiplerini belirlemek

HİPPARCOS KATALOĞUNDAKİ ALGOL YILDIZLARININ KİNEMATİĞİ. T. Özdemir *, A. İskender * * İnönü Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü

İÇİNDEKİLER. Ön Söz...2. Adi Diferansiyel Denklemler...3. Birinci Mertebeden ve Birinci Dereceden. Diferansiyel Denklemler...9

YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ UYGULAMALI MÜHENDİSLİK MODELLEMESİ

Şekil 2: Kanat profili geometrisi

İTKİLİ MOTORLU UÇAĞIN YATAY UÇUŞ HIZI

İKİ LEVHA ARASINDAKİ LAMİNER AKIŞTA DEĞİŞKEN DUVAR KALINLIĞININ ISI TRANSFERİNE ETKİSİNİN SAYISAL ANALİZİ

Isı Kütle Transferi. Zorlanmış Dış Taşınım

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ İŞARET AKIŞ DİYAGRAMLARI SIGNAL FLOW GRAPH

Analog Alçak Geçiren Filtre Karakteristikleri

UYGULAMA 1. Prof.Dr. Mustafa Cavcar Anadolu Üniversitesi, Sivil Havacılık Yüksekokulu, Eskişehir. Tablo 1. Uygulamalar için örnek uçak

Bölüm 3. Tek Serbestlik Dereceli Sistemlerin Zorlanmamış Titreşimi

BÖLÜM 6 GERÇEK AKIŞKANLARIN HAREKETİ

Dairesel Temellerde Taban Gerilmelerinin ve Kesit Zorlarının Hesabı

Uluslararası Yavuz Tüneli

Vektör - Kuvvet. Test 1 in Çözümleri. 4. Uç uca ekleme yöntemiyle K + L + M + N vektörlerini toplayalım. I. grubun oyunu kazanabilmesi için F 1

TÜMLEŞİK KANAT ELEMANI - HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ YÖNTEMİ İLE DİKEY RÜZGAR TÜRBİNİ PERFORMANSININ HESAPLANMASI

İleri Diferansiyel Denklemler

AKM 202. Akışkanlar Mekaniği. Ders Notları. 9.Bölüm. Sıkıştırılamaz Viskoz Dış Akış İTÜ. Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri Fakültesi.

İleri Diferansiyel Denklemler

G( q ) yer çekimi matrisi;

KATI CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ

(b) Model ve prototipi eşleştirmek için Reynolds benzerliğini kurmalıyız:

BİR KÖŞE AKIŞI ETRAFINDAKİ ZORLANMIŞ TAŞINIMLA ISI TRANSFERİNE ISIL IŞINIMIN ETKİSİ THE EFFECT OF RADIATION ON FORCED CONVECTION FLOW AROUND A WEDGE

fonksiyonunun [-1,1] arasındaki grafiği hesaba katılırsa bulunan sonucun

AKIġKAN PARTĠKÜLLERĠNĠN KĠNEMATĠĞĠ

VEKTÖRLER SORULAR 1.) 3.) 4.) 2.)

İleri Diferansiyel Denklemler

Kısıtsız Optimizasyon OPTİMİZASYON Kısıtsız Optimizasyon

Gerilme Dönüşümleri (Stress Transformation)

DUBLEKS EV GEOMETRİSİNE SAHİP KAPALI ORTAMLARDA FARKLI ISITMA YÖNTEMLERİNİN DOĞAL TAŞINIMLA ISI TRANSFERİ ÜZERİNE ETKİLERİNİN SAYISAL ANALİZİ

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

MMU 420 FINAL PROJESİ

Fiz Ders 10 Katı Cismin Sabit Bir Eksen Etrafında Dönmesi

AÇIK KANAL AKIMI. Hopa Yukarı Sundura Deresi-ARTVİN

KUTUPSAL KOORDİNATLAR

RÜZGAR TÜNELĐNDEKĐ KANAT PROFĐLĐNĐN DĐKEY HAREKETĐNĐN MODELLENMESĐ

Doğrusal Demet Işıksallığı 2. Fatma Çağla Öztürk

Akışkanlar Mekaniği II (ME 302) Ders Detayları

SÜRÜKLEME DENEYİ TEORİ

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ İŞARET AKIŞ DİYAGRAMLARI SIGNAL FLOW GRAPH

Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. BÖLÜM 7. Adi Diferansiyel Denklemlerin Sayısal Çözümü

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

BÜYÜK ORANDA ŞEKİL DEĞİŞTİREBİLEN KANATLARIN ÖN TASARIM SÜRECİNDE AERODİNAMİK VE YAPISAL ANALİZLERİNİN EŞLENMESİ

2+1 Boyutlu Eğri Hiperyüzeyde Dirac Denklemi

Yapı Sistemlerinin Hesabı İçin. Matris Metotları. Prof.Dr. Engin ORAKDÖĞEN Doç.Dr. Ercan YÜKSEL Bahar Yarıyılı

Yapı Sistemlerinin Hesabı İçin. Matris Metotları. Prof.Dr. Engin ORAKDÖĞEN Doç.Dr. Ercan YÜKSEL Bahar Yarıyılı

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

Transkript:

V. ULUSAL HAVACILIK VE UZAY KONFERANSI 8-10 Eylül 2014, Erciyes Üniversitesi, Kayseri ÜÇ BOYUTLU SINIR TABAKA AKIŞLARININ KARARLILIK ÖZELLİKLERİNİN DOĞRUSAL KARARLILIK TEORİSİ YAKLAŞIMI İLE BELİRLENMESİ Yosheph Yang 1, Serkan Özgen 2 Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara ÖZET Bu çalışmada üç boyutlu sınır tabaka akışlarının kararlılık özellikleri doğrusal kararlılık teorisi kullanılarak sayısal yaklaşımla ortaya çıkarılmıştır. Süpürme açısı sıfırdan farklı bir kanat düşünüldüğünde, veter boyunca ve vetere dik yöndeki hız bileşenlerinin sistematik olarak değiştirilmesi gerekmiş, bunun için Falkner-Skan- Cooke sınır tabaka çözümleri kullanılmıştır. Bu yaklaşıma göre akış parametreleri Falkner-Skan parametresi olan β ve vetere dik yöndeki potansiyel hız bileşeninin veter yönündeki potansiyel hız bileşenine oranını ifade eden akış açısı θ dır. Çözüm için öncelikle farklı β ve θ değerleri için hız profilleri sayısal olarak üretilmiştir. Hız profillerinin doğrulukları belirlendikten sonra bu hız profilleri doğrusal kararlılık teorisi kullanılarak türetilen kararlılık denklemlerine uygulanmış ve lokal kararlılık özellikleri yine sayısal olarak belirlenmiştir. Hem hız profili denklemlerinin, hem de kararlılık denklemlerinin çözümünde geliştirilmiş atış yöntemi kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar vetere dik yöndeki hız bileşeninin basınç gradyanı etkisini azalttığına işaret etmektedir. Yani hızlanan akışlarda (β>0) vetere dik hız bileşeni akışı daha kararsız hale getirmekte, yavaşlayan akışlarda (β<0) ise daha kararlı hale getirmektedir. Bu çıkarım literatürde yer alan sonuçlar ile nitelik olarak uyumludur. GİRİŞ Laminar akıştan türbülanslı akışa geçiş aerodinamik biliminin en önemli araştırma konularından biridir. Akışın laminar ya da türbülanslı olması bir uçak kanadının parazit sürükleme kuvvetini, yeniden atmosfere giren bir uzay aracının ısı kalkanı tasarımını doğrudan etkileyen faktörlerdir. Akışın kararlı halden kararsız hale geçmesi türbülansa geçişin ilk aşamasıdır ve akış kararsızlıklarının tarif edilebilmesi önemli bir araştırma konusudur. İki boyutlu akışların kararlılık analizleri ile ilgili literatürde birçok deneysel ve sayısal çalışma bulunmasına rağmen üç boyutlu akışlar ile ilgili çalışmalar çok daha azdır. Bu çalışmada üç boyutlu sınır tabaka akışlarının kararlılık özellikleri, Falkner-Skan-Cooke denklemlerinin çözümüyle elde edilen hız profillerinin, doğrusal kararlılık teorisine göre türetilmiş kararlılık denklemlerine uygulanmasıyla ortaya çıkarılmıştır. Çalışmada geliştirilmiş atış yöntemine dayalı sayısal bir yaklaşım benimsenmiştir. YÖNTEM VE ÇÖZÜM Sınır Tabaka Akışı Denklemleri Bu çalışma için süpürme açışı sıfırdan farklı olan bir kama (wedge) geometrisi kullanılmıştır. Bu sayede veter boyunca ve vetere dik yöndeki akışın sadece iki parametre kullanılarak sistematik bir şekilde modellenmesi mümkün olmuştur. Bu parametreler Falkner-Skan parametresi olan β ve 1 Yük. Lisans Öğr., Havacılık ve Uzay Müh. Böl., E-posta: yosheph.yang@metu.edu.tr 2 Prof. Dr., Havacılık ve Uzay Müh. Böl., E-posta: sozgen@ae.metu.edu.tr

vetere dik yöndeki potansiyel hız bileşeninin veter yönündeki potansiyel hız bileşenine oranını ifade eden akış açısı θ dır. Bu akışa ait geometri Şekil 1 de sunulmaktadır [Mack, 1984]. Şekil 1: İncelenen akış geometrisi [Mack, 1984] Şekil 1 e göre kama düzleminde hücum kenarına dik yöndeki (x c yönünde) sürtünmesiz akış hızı Denklem 1 de gösterildiği gibi ifade edilmektedir: U ce = C (x c ) m. (1) Bu denklemde kama açısı βπ/2, Falkner-Skan parametresi ise β = 2m/(m + 1) olarak ifade edilmektedir. Basınç gradyanı parametresi ise m = (x c U ce )(du ce dx c ) şeklindedir. Hücum kenarı yönündeki (z s yönünde) hız bileşeni ise W se = sabit (2) şeklindedir. Bu şekilde sürtünmesiz akış hız bileşenleri ile ifade edilen sınır tabaka akışını veter boyunca yani x c yönünde tanımlayan denklem Falkner-Skan denklemidir [Mack, 1984]: f + ff + β(1 f 2 ) = 0. (3) Boyutsuz akış fonksiyonu f ile veter boyunca sınır tabaka içindeki hız arasındaki bağıntı ise olarak ifade edilebilir. Duvara dik yöndeki boyutsuz mesafe ise f (y) = U c (y ) U ce = U c (4) y, f 1, g 1 (10) 2 y = y L (5) olarak tanımlanmaktadır. Denklem 5 te L, Falkner-Skan uzunluk ölçüsü birimidir ve aşağıdaki gibi tanımlanmaktadır: L = [2ν x c (m + 1)U ce ] 1 2. (6) Denklem 3 çözüldükten sonra hücum kenarı yönündeki akış (z s yönünde) Denklem 7 kullanılarak çözülebilir [Mack, 1984]: g + fg = 0. (7) Boyutsuz akış fonksiyonu g ile vetere dik yönde sınır tabaka içindeki hız arasındaki bağıntı Denklem 8 deki gibidir: g(y) = W s (y ) W se = W s. (8) Denklem 3 ve 8 in çözülebilmesi için gerekli sınır şartları ise Denklem 9 ve 10 da verilmiştir. y = 0, f = g = 0 (9)

Denklem 3, 7, 9 ve 10 dan oluşan denklem seti Nachtsheim ve Swigert ın önerdiği modifiye edilmiş atış yöntemi (modified shooting method) ile çözülmüştür [Nachtsheim, 1965; Swigert,1965]. Bu şekilde hız profilleri istenilen β değeri için elde edilebilir. Şekil 2, 3 ve 4 te, sırasıyla β=-0.05, 0 ve 0.1 değerleri için veter yönünde ve vetere dik yönde elde edilen hız profillerini görülmektedir. Şekillerde Falkner-Skan parametresi nin farklı değerleri için profillerde çok büyük bir değişiklik gözlenmemektedir. Burada belirtilmesi gereken önemli bir nokta ise vetere dik yöndeki hız profilinin Blasius profiline β=0 çok yakın olduğudur. Bu yakınlığa Mack tarafından da dikkat çekilmiştir [Mack, 1984]. Kararlılık Denklemleri Denklem 3, 7, 9 ve 10 dan oluşan denklem setinin çözümüyle elde edilen hız profillerinin kararlılık denklemlerinde kullanılabilmesi için Şekil 1 de görülen potansiyel akış yönüne göre ifade edilmeleri gerekir. Buna göre asıl akış yönü x, buna dik yön ise z ile gösterilmiştir. Şekil 1 de ψ sw, kama geometrisinin hücum kenarının süpürme açısını, θ ise potansiyel akışın vetere göre açısını ifade etmektedir: U ce θ = tan 1 (W se ). (11) Yerel potansiyel akış hızının genliğinin U e = (U 2 ce + W 2 se ) 1 2 olduğu düşünüldüğünde, x ve z yönlerindeki hız bileşenleri Denklem 12 ve 13 teki gibi ifade edilmektedir. U(y) = f (y) cos 2 θ + g(y)sin 2 θ (12) W(y) = [ f (y) + g(y)] cos θ sin θ (13) Dikkat edilirse, θ=0 olduğunda U(y) = f (y), θ=90 olduğunda ise U(y) = g(y) olmaktadır. θ=45 olduğunda ise f ve g, U(y) profiline eşit katkıda bulunmaktadırlar. Denklem 12 ve 13 ten elde edilen profillere örnek olarak, θ=45 ve β=-0.05, 0 ve 0.1 değerleri için profiller hesaplanmış ve Şekil 5, 6 ve 7 de sunulmuştur. Bu şekilde β=-0.1 ve θ=45 için hesaplanan bileşke hız profili ise Şekil 8 de verilmektedir. Denklem 12 ve 13 te verilen hız profilleri kararlılık denklemlerinde kullanılmak istenirse, kararlılık denklemlerini boyutsuz hale getirmek için kullanılan karakteristik hız ve uzunluk ölçüleri, Denklem 12 ve 13 te kullanılanlarla aynı olmalıdır. Bu bağlamda hız ölçüsü U 1 iken, uzunluk ölçüsü Denklem 6 da ifade edilen Falkner-Skan uzunluk ölçüsü birimidir. Buna göre, Reynolds sayısı ise Denklem 14 e göre ifade edilir: Re = U 1 L ν. (14) Kararlılık denklemleri, viskoz, sıkıştırılamaz akışa karşılık gelen Navier-Stokes denklemleri temel alınarak türetilir. Denklemlerdeki hız bileşenleri sürekli asıl akış ve süreksiz bozulma bileşenlerinden oluşmaktadır. Bozulma bileşenleri Fourier modları cinsinden ifade edildiğinde ve sürekli akış için paralel akış kabulü yapıldığında aşağıdaki denklem seti elde edilir: i(αu + βw ω)(αu + βw ) + (αdu + βdw)v = i(α 2 + β 2 )p + 1 Re [D2 (α 2 + β 2 )](αu + βw ), (15) i(αu + βw ω)v ) = Dp + 1 Re [D2 (α 2 + β 2 )]v, (16) i(αu + βw ω)(αw βu ) + (αdw βdu)v = 1 Re [D2 (α 2 + β 2 )](αw βu ), (17) i(αu + βw ) + Dv = 0. Yukarıdaki denklemlerde α ve β, x ve z yönlerindeki dalga sayılarını, ω ise bozulmanın frekansını ifade etmektedir. Duvara dik yöndeki türevleri ifade etmek için D sembolü kullanılmıştır. Bu denklemler için sınır şartları ise Denklem 20 ve 21 de verilmiştir. y = 0, u = v = w = 0, (19) y, u 0, v 0, w 0. (20) (18) 3

Şekil 2: β=-0.05 için hız profilleri. Şekil 3: β=0 için hız profilleri. Şekil 4: β=0.1 için hız profilleri. 4

Şekil 5: β=-0.05 ve θ=45 o için hız profilleri. Şekil 6: β=0 ve θ=45 o için hız profilleri. Şekil 7: β=0.1 ve θ=45 o için hız profilleri. 5

Çözüm Yöntemi Şekil 8: β=-0.1 ve θ=45 o için hesaplanan bileşke hız profili. Çözüm yönteminin adımları aşağıda kısaca özetlenmiştir [Özgen, 2004]: i. Denklem 15-18 da verilen denklem seti, dördüncü mertebeye indirgenir ve dört birinci mertebeden adi diferansiyel denklem cinsinden yazılır. ii. Bu dört denklem için duvardan uzak serbest akış bölgesinde asimptotik çözümler bulunur. iii. Dört denklem serbest akış bölgesindeki asimptotik çözümlerden başlayarak duvara doğru entegre edilir ve duvarda Denklem 19 da verilen kaymazlık şartı sağlanmaya çalışılır. iv. Sistem bu haliyle bir Eigenvalue (özdeğer) problemidir ve yukarıda özetlenen çözüm yönteminde Denklem 19 da verilen duvar sınır şartları problemin özdeğerleri olan α, β, Re ve ω belli kombinasyonları için sağlanmaktadır. Bu kombinasyonların belirlenmesi için simpleks yöntemine dayalı bir fonksiyon minimizasyon yöntemi ve iki değişkenli Newton iterasyon yöntemi uygulanmıştır. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Bu bölümde, yukarıda özetlenen yaklaşımla elde edilen sonuçlar üç farklı Falkner-Skan parametresine karşılık gelen akış durumları için sunulmaktadır. Burada Squire teoreminin geçerli olduğu düşünülerek dalga açısının sıfır olduğu kabul edilmiştir, ψ=0 ve W(y) = 0. Şekil 9, β=-0.1 (yavaşlayan akış) için akış açısının nötr kararlılık eğrilerine olan etkisi gösterilmiştir. Akış açısı arttıkça kritik Reynolds sayısının arttığı, nötr kararlılık eğrisinin biçiminin viskoz olmayan akış özelliklerinden uzaklaşıp, viskoz akışa ait nötr kararlılık eğrilerine yakınsadığı görülmektedir. Özet olarak, akış açısının artması akışı daha kararlı hale getirmektedir. Şekil 10 da bu defa β=0.1 (hızlanan akış) için akış açısının nötr kararlılık eğrilerine olan etkisi gösterilmektedir. Eğriler genel olarak viskoz akış özellikleri göstermektedir ancak akış açısı arttıkça kritik Reynolds sayısı azalmaktadır. Dolayısıyla, akış açısının artması akışı daha kararsız hale getirmektedir. Şekil 11 de ise β=0 (düz plaka akışı) için akış açısının nötr kararlılık eğrilerine etkisinin olmadığı görülmektedir, yani akış açısı kaç olursa olsun aynı nötr kararlılık eğrisi elde edilmektedir. Bunun nedeni Denklem 3, 7 ve 12 incelendiğinde anlaşılabilir. β=0 için Denklem 3 ve 7 aynı profili vermektedir, yani f (y)=g(y). Denklem 12 de cos 2 θ + sin 2 θ = 1 olduğu için f (y) = g(y) = U(y) sonucuna ulaşılmaktadır. Son olarak Şekil 9, 10 ve 11 de sunulan sonuçların özeti niteliğinde olan ve farklı β değerleri için akış açısının kritik Reynolds sayısına etkisini gösteren eğriler Şekil 12 de sunulmuştur. Bu sonuçlardan yapılacak en önemli çıkarım akış açısının yani üç boyutlu akış etkilerinin basınç gradyanı etkisini azalttığıdır. Bir diğer deyişle yavaşlayan akışlar akış açısı arttıkça (üç boyutlu akış etkileri arttıkça) daha kararlı hale gelmekte, hızlanan akışlar ise daha kararsız hale gelmektedir. Bu çıkarımlar literatürde benzer akışlar için verilen sonuçlarla nitelik olarak uyumludur. 6

α YANG, ÖZGEN 0,6 0,5 0,4 α 0,3 0,2 0,1 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Reδ* Theta= 0.0 Theta= 15 Theta= 30 Theta= 45 Theta= 60 Theta= 75 Theta= 90 Şekil 9: β=-0.1 için nötr kararlılık eğrileri. 0,4 0,35 0,3 0,25 α 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Reδ* Theta= 0.0 Theta= 15 Theta= 30 Theta= 45 Theta= 60.0 Theta= 75.0 Theta= 90 Şekil 10: β=0.1 için nötr kararlılık eğrileri. 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Re δ* Şekil 11: β=0 için nötr kararlılık eğrisi. 7

1400 1200 1000 800 Re Cr 600 400 200 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 θ (deg) Beta= -0.1 Beta= 0.0 Beta= 0.1 Şekil 12: Akış açısının kritik Reynolds sayısına etkisi. Şekil 13: Akış açısının maksimum genleşme katsayısına etkisi [Mack, 1984] Bu çıkarımı desteklemek için Şekil 13 te görülen sayısal analiz sonuçlarına bakmak yerinde olacaktır. Bu şekilde iki farklı Falkner-Skan parametresi için iki farklı Reynolds sayısında elde edilen genleşme katsayılarının akış açısına göre değişimi görülmektedir. Şekilden görülebileceği gibi β=-0.02 için akış açısı arttıkça akış daha kararlı hale, β=0.02 için ise akış açısı arttıkça akış daha kararsız hale gelmektedir. Bu davranışlar Şekil 12 de görülen davranışlar ile benzerlik göstermektedir. Şekil 12 biraz daha dikkatli incelenecek olursa yukarıda açıklanana ek bazı faydalı çıkarımlarda bulunulabilir. Örneğin θ=0 için kritik Reynolds sayısı değerleri iki boyutlu akış için aynı Falkner- Skan değerlerine karşılık gelen kritik Reynolds sayılarına eşittir. Bu aslında beklenen bir durumdur çünkü Denklem 12 ve 13 e göre θ=0 olduğunda U(y) = f (y) ve W(y) = 0 olmaktadır. Öte yandan θ=90 için kritik Reynolds sayısı değerleri hem β=-0.1, hem de β=0.1 için Blasius akışının (β=0) kritik Reynolds sayısı değeri olan 520 ye çok yakındır. Bu çıkarım da Denklem 12 ve 13 ün incelenmesiyle anlaşılabilir. Buna göre θ=90 olduğunda U(y) = g(y) ve W(y) = 0 olmaktadır. Yukarıda bulunduğu ve açıklandığı gibi g(y) profili Blasius profiline çok yakın bir profildir, dolayısıyla bu profilin kritik Reynolds sayısı değerinin Blasius profilininkine yakın olması beklenen bir durumdur. 8

Kaynaklar Mack, L.M., 1984. Boundary-Layer Linear Stability Theory, AGARD Report No. 709 Special Course on Stability and Transition of Laminar Flow. Nachtsheim, P.G., Swigert, P., 1965. Satisfaction of the asymptotic boundary conditions in numerical solution of the system of non-linear equations of boundary-layer type, NASA TND-3004. Özgen, S., 2004. Effect of heat transfer on stability and transition characteristics of boundary layers, Heat and Mass Transfer 47, 4697-4712. 9