Numerical And Experimental Modelling Of Flow Around Horizontal Cylinder(s) Placed On The Bottom In Steady Current

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2000Thesis (Ph.D.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2000Akım ortamında inşa edilen boru hatları, yarattıkları geometri ve sınır koşulları nedeniyle akım alam özelliklerini değiştirir. Boru hatları ile akımın karşılıklı etkileşimi, tabanda yerel değişimleri (oyulma ve yığılma) kaçınılmaz kılar. Boru hatlarında sıkça karşılaşılan yerel boru altı oyulmaları, yeterli serbest uzunluğa ulaştığında rezonansla sonuçlanabilecek yapı hasar ve kırılmalarını beraberinde getirir. Yerel değişimlerin boru stabilitesi açısından önemli olması nedeniyle, bu değişimlerin sebebi olan çevri hareketlerinin yerlerinin ve mertebelerinin tespiti için akım alammn incelenmesi gerekir. Bu çalışmada, tabana oturan veya kısmen gömülü tek ve çift silindirler yakınındaki çevrilerin yerleri ve etkime mesafelerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Kararlı akım ortamında, farklı gömülme oranlarına sahip silindir(ler) etrafındaki akım alanı nümerik ve deneysel yöntemler kullanılarak incelenmiştir. Nümerik yöntemler gerek zamandan sağladıkları tasarruf, gerekse deneysel olarak incelenmesi zor sistemlerle çalışılabilmesine olanak sağlaması bakımından bir alternatif olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışmada da bu alternatif kullanılarak silindir(ler) etrafındaki akım alanı FLUENT V4.5 isimli sonlu farklar prensibiyle hesap yapan bir bilgisayar yazılımı yardımıyla nümerik olarak incelenmiştir. Akım alanına yerleştirilen silindir(ler)in sebep olduğu değişimlerin belirlenmesinde kullanılabilecek yöntemlerden biri de, sistem modelinin laboratuvar ortamında benzer akım koşullarında test edilmesidir. Bu incelemenin yapılabilmesi için akımın akım izleme teknikleri olarak anılan metodlardan biriyle izlenebilir kılınması gereklidir. Bu çalışmada akım içerisine suyun özgül ağırlığına eşit küresel bir tane izleyici malzeme olarak kullanılmak suretiyle akım izlenmiştir. Deney görüntüleri video kamera kullanılarak kaydedilmiş, bilgisayara aktarılmış ve görüntüler işlenerek taneye ait yörüngeler ve dolayısıyla çevri alanları tespit edilmiştir. Elde edilen deneysel ve nümerik sonuçlar karşılaştırılarak boru stabilitesi açısından önem arzeden yerel değişimlerin temel sebebi olan çevrilerin yer ve mertebeleri tespit edilmiş, incelenen konfigürasyonlann bu mertebeler üzerindeki etkisi tartışılmıştır. Pipelines constructed in flow media, change the features of flow because of the new geometry and boundary conditions. Due to the interaction between pipelines and flow, it is inevitable to have local changes (scouring and deposit ) on the bottom. Local scouring observed often under the pipelines can lead to free spans long enough which cause resonant flow leading to structural failure. Since local changes are important from the point of view of pipeline stability, the flow area should be examined to determine the orders and places of the eddies which are the main reason of local changes. In this study it is aimed to determine the place and reattachment length of eddies nearby the cylinder(s) which are surface mounted or partly burned. Flow around cylinders) which have different burying ratios is examined by using both numerical and experimental methods in steady current. Since numerical methods supply both time saving and give opportunity to work with harder conditions they are alternative to experimental methods. In this study by using this option, flow area near the circular cylinder(s) placed on the bottom in steady flow conditions, is examined numerically by FLUENT V4.5 software which operates by finite difference method. One of the method in determining the effects of cylinder(s) caused in flow area is to test the system model built in laboratory at same flow conditions. To manage this investigation, flow should be visualized by using one of the flow tracing methods In this study a spherical particle whose specific weight is equal to that of water has been chosen as a flow visualization material. Whole test period is recorded by a video camera and transferred to the PC. Images of the experiments have been processed to determine the trajectories and reattachment lengths of the particle for each test. By comparing the numerical and experimental results, the place and order of the eddies which are the main reason of local changes have been determined and the effect of the configurations analysed on these orders are discussed. DoktoraPh.D