Search

Biyomimikrinin sunduğu yöntemlerle, doğadan esinlenilerek oluşturulan biyomimetik kanatlar, aerodinamik ve rüzgâr enerjisi alanında yenilikçi çözümleri sunma potansiyeli barındırmaktadır. Bu çalışmada; doğada gösterdiği aerodinamik performansla dikkat çeken akçaağaç tohumundan esinlenilerek oluşturulan özgün biyomimetik kanat modelleri incelenmiştir. Deneysel ve nümerik olarak belirli rüzgâr hızlarında ve geniş bir hücum açısı aralığında analizleri yapılan modellerin, kaldırma kuvveti katsayıları (𝐶L) ve sürükleme kuvveti katsayıları (𝐶𝐷) belirlenmiştir. İlk model M0, ortalama akçaağaç tohumunun belirli bölgelerinden kesilmesiyle elde edilen 36 eğriyle tasarım programında modellenmiştir. Bu biyomimetik kanadın her bir eğrisi, Fourier serisi denklemleriyle en az %99,5’lik bir oranla temsil edilmiş ve denklemlerin katsayıları bulunmuştur. Böylece kanadın tasarım parametreleri, geleneksel bir kanat profili gibi sunulmuştur. M0 modelinin, akçaağaç tohumu ile daha önce yapılan çalışmalarda da bahsedilen geç stol özelliği ve kaldırma kuvvetine katkı sağladığı düşünülen, LEV (Leading Edge Vortex) yapısı dikkat çekmiştir. M0 üzerinde, LEV’i oluşturan model yapısı incelenip, yapıyı oluşturduğu düşünülen topografik özellik, M0 modelinin kanat yüzeyinin tamamına uygulanmıştır. Böylece, aerodinamik performans kriterini (𝐶𝐿⁄𝐶𝐷) artırmak amacıyla yapılan iki aşamalı kanat performansı geliştirme çalışmasının ilki olan topografya optimizasyonu gerçekleştirilmiş ve çalışma sonucunda “M5” modeli elde edilmiştir. M5 modeli, M0 modeline göre, değişen hücum açılarında, %15 ile %52 arasında daha üstün bir performans sergileyebilmiştir. İkinci kanat performansı geliştirme çalışması olarak da, M5 modelinin tohum kısımlarındaki eğrilerinin yüksekliklerinin düşürülüp, yerel veter uzunluklarının, belirli bir seviyeye kadar artırılacağı şekil optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Eğrilerin boyutlarının optimize şekilde ölçeklendirilmesi adına, istatiski bir metot olan Taguchi metodunun kullanıldığı bu şekil optimizasyonu sonucu elde edilen M5C modeli, M0 modeline göre, değişen hücum açılarında, %99 ile %320 arasında performans artışı göstermiştir. Ayrıca, oluşturulan bu biyomimetik modellerin rüzgâr enerjisi kullanan sistemler için potansiyeli de tartışılmıştır. Biomimetic wings, inspired by nature with the methods offered by biomimicry science, have the potential to offer innovative solutions in the field of aerodynamics and wind energy. In this study, unique biomimetic wing models inspired by the maple seed, which attracts attention with its superior aerodynamic performance at low wind speeds in nature, were examined. The lift force coefficients (𝐶𝐿) and drag force coefficients (𝐶𝐷) of the models, which were analyzed experimentally and numerically at certain wind velocities and a wide angle of attack were determined. The first model, M0, was modeled in the design program with 36 curves obtained by cutting a selected average maple seed from certain parts. Each curve of this modeled biomimetic wing was represented by the Fourier series equations with a ratio of at least 99,5% and the coefficients of the equations were found. Thus, the design parameters of the wing are presented like a conventional airfoil. The stall delay feature of the M0 model, whose aerodynamic performance was measured, and the LEV (Leading Edge Vortex), which is thought to contribute to the lift force, attracted attention. The model structure forming the LEV on M0 was examined and the topographic feature, which is thought to form this structure, was applied to the entire wing surface of the M0 model. Thus, topography optimization, which is the first of the two-stage wing performance development work carried out to increase the aerodynamic performance criterion (𝐶𝐿⁄𝐶𝐷), was carried out and the M5 model was obtained as a result of this study. The M5 model was able to outperform the M0 model by 15% to 52% at varying angles of attack. As the second wing performance development study, shape optimization was carried out by reducing the height of the curves in the seed parts of the M5 model and increasing the local chord lengths up to a certain level. The M5C model, which was obtained as a result of this shape optimization, in which the Taguchi method, a statistical method for optimizing the scaling of the dimensions of the curves, was used, showed an aerodynamic performance increase between 99% and 320%, at varying angles of attack, compared to the M0 model. In addition, the potential of these biomimetic models created in the study for systems using wind energy is also discussed. Yükseköğretim Kurulu (YÖK) - 100/2000

Mahmuzlar akış hızını azaltarak kıyıyı erozyondan korumak, kıyıdaki katı madde birikimini ve akışı kontrol etmek gibi çeşitli amaçlarla kullanılan düzenleme yapılarıdır. Bu tez çalışmasında açık kanaldaki tek bir mahmuzun akış direncine ve temiz su oyulmasına etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler dikdörtgen kesitli kanalda ve kararlı akım şartlarında gerçekleştirilmiştir. Mahmuzların akışa dik uzunlukları ve mahmuzların yönelme açıları değiştirilerek, bu faktörlerin akış direncine, oyulma derinliğine ve oyulma hacmine etkisi incelenmiştir. Aynı zamanda üniform ve üniform olmayan iki farklı taban malzemesi kullanılarak, taban malzemesinin üniformluğunun oyulmaya etkisi araştırılmıştır. Deneylerden elde edilen verilerle doğrusal olmayan çoklu regresyon analizi yapılmış, direnç katsayısı, oyulma derinliği ve oyulma hacmini veren üç farklı bağıntı önerilmiştir., Spur dikes are the structures that are used to prevent erosion by decreasing the flow velocity and to control sediment deposit. In this thesis, effect of single spur dike on flow resistance and clean water scour were studied experimentally. Experiments were performed in a rectangular open channel, under steady flow conditions. Effect of spur dike's incline angles and length of spur dikes on flow resistance , scour depth and scour volume were studied. At the same time effect of uniformity of bed material on scour is studied by using uniform and non-uniform bed material. Nonlinear multiple regression analysis was made and three different equations were suggested.

Bu tez çalışmasında, dairesel silindir etrafındaki akışın kontrolü için pasif akış kontrol yöntemi (ayırıcı plaka) ve aktif akış kontrol yöntemi (plazma aktuatör) birlikte kullanılmıştır. Tek dairesel silindir, dairesel silindir ile ayırıcı plaka, dairesel silindir ile plazma aktüatür ve ayırıcı plaka konfigürasyon durumları için deneyler yapılmıştır. Yapılan çalışmalarda elektrohidrodinamik yöntemlerin önemli üç faktörü olan uygulanan voltajın etkisi, plazma oluşumu için frekansın etkisi ve di-elektrik malzeme kalınlığının etkisine bağlı olarak akış yapısı incelenmiştir. Rüzgar tünelinde Reynolds sayısının 2000 ile 12500 değerleri arasında gerçekleştirilen bu çalışmada, test modeli olarak D=40mm olan dairesel silindir ve L=3.75D uzunluğunda ayırıcı plaka kullanılmıştır. Simetrik elektrot çifti dairesel silindir üzerine θ=±90º açıda olacak şekilde yerleştirilmiştir. Yük hücresi ile kuvvet ölçümlerinin ve kızgın-tel anemometresi ile hız ve girdap kopma frekansı ölçümlerinin yanı sıra duman-tel yöntemiyle akış görüntülemesi yapılmıştır. Aktif akış kontrol yöntemi, hem tek dairesel silindirle hem de pasif kontrol yöntemi ile birlikte kullanıldığında iz bölgesi genişliğini daraltarak sürükleme kuvvetinde önemli azalmalar sağlamıştır., In this master thesis, passive (splitter plate) and active (plasma actuator) flow control methods were used together to control the flow around circular cylinder. Experiments accomplished in the case of single circular cylinder, circular cylinder with splitter plate, circular cylinder with splitter plate and plasma actuator configurations. The effect of plasma actuator to the flow structure were investigated. Also, the applied voltage, frequency and the dielectric thickness which effects the performance of plasma actuator were examined. Experiments were conducted at wind tunnel in the range of Reynolds number between 2000 to 12500, the circular cylinder of 40mm with splitter plate of 3.75D were used as a test model. The simetrical electrode pair was placed on the cylinder with θ=±90º angle. Drag force measurements by load cell and the velocity profiles and vortex shedding frequency in the wake by the hot-wire anemometer were conducted as well as the flow visualization by smoke-wire method. By using active flow control with the circular cylinder both only and the splitter plate, the drag force is reduced dramatically due to contraction in the wake region.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2007, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2007, Bu çalışmada, dikdörtgen prizmatik bir cisim etrafındaki akım özellikleri deneysel olarak incelenmiştir. Silindirik kesitler hidrodinamik açıdan çok daha elverişli olmasına rağmen imalatının kolaylığı sebebiyle keskin köşeli cisimlerin etrafındaki akımın incelenmesi gelişen deniz teknolojileri ile birlikte gerekli hale gelmiştir. Bu amaç doğrultusunda bozulmamış akım özellikleri referans alınarak akımın üç eksendeki zamansal ortalama hızlarının, türbülans şiddetinin, türbülans kinetik enerjisinin ve Reynolds gerilmelerinin değişimleri belirlenmiş ve bunların sebepleri tartışılmıştır. Akım – cisim sistemi bir bütün olarak düşünülmüş ve cismin akıma etkisinden sonra akımın cisme olan temel etkisi olan sürüklenme kuvveti, dolayısıyla da sürüklenme kuvveti katsayısı (CD) bu durumdaki cisim için belirlenmiştir. Deneyler akustik Doppler hız ve piyozoelektrik basınç ölçerlerle bir su kanalı içerisinde gerçekleştirilmiştir. Deney sonucunda çalışılmakta olan son derece karmaşık üç boyutlu akım ortamında cisim etrafındaki hidrodinamik parametreler belirlenmiştir., In this study, flow around a square cylinder was investigated by an experimental study. Although circular cylindrical objects are more hydrodynamic, square cylinders are being used because of its easier fabrication and on some conditions its more effective shape. As the marine technologies improve, more investigations became necessary. For this purpose, after setting undisturbed flow characteristics as reference, three dimensional mean velocities, turbulence intensity, turbulence kinetic energy and Reynolds stresses were obtained and its causes were discussed. Flow – body interaction was considered as a whole and after understanding the impact of object on flow, drag force which is main impact of flow on object and drag force coefficient (CD) was studied and obtained. Experiments were conducted by acoustic Doppler velocity meters and piezoelectric pressure transducers in a flume. Complex hydrodynamic parameters around square cylinder were obtained as the output of this study., Yüksek Lisans, M.Sc.