Search

Akışkanlar mekaniğinde karşılaşılan problemlerin birçoğu katı-akışkan etkileşiminden kaynaklıdır. Hareket halindeki akışkan cismin yüzeyinde cisimle birlikte hareket ederken bu hız cisimden uzaklaştıkça değişmektedir. Oluşan bu hız gradyanıyla birlikte akışkanın viskozitesinden kaynaklı kesme kuvvetleri oluşmaktadır. Bu kuvvetler yoğun olarak cismin yüzeyinde oluşmakta bu durumda sürükleme kuvveti gibi fiziksel ve gözle görülür bir sonuca yol açmaktadır. Nitekim önceleri bu etkinin varlığının bilinmesine karşılık herhangi bir matematiksel model bulunmamaktaydı. Sınır tabaka kavramı işte bu boşluğu doldurma amaçlı olarak Prandtl tarafından ortaya atıldı. Havacılığın gelişmesiyle sınır tabaka kavramının önemi giderek arttı. Sadece yüzey üzerinde oluşan sürükleme kuvvetini değil aynı zamanda taşıma kuvvetini de etkilediği görüldü. Akışkanla katı arasında sıcaklık farkının bulunması katı etrafında hız sınır tabakanın yanında, bir de ısıl sınır tabakanın oluştuğu ve bununda ısı transferini etkilediği fark edildi. Sınır tabakanın öneminin bu derece artması üzerinde yapılan çalışmaların da artmasına neden oldu. Akışkan hareketini laminer ve türbülanslı olarak bölen araştırmacılar sınır tabakayı da bu şekilde bölerek incelemelerini devam ettiler. Bu incelemelerde fark edildi ki akış ister laminer isterse türbülanslı olsun bazı durumlarda katı yüzeyi takip etmeyerek ayrılabiliyor. Bu ayrılma aşağı akım bölgesinde tekrar yapışmayla son bulabildiği gibi yapışmadan da yoluna devam edebiliyor. Akışkanın tekrar yüzeye yapışmaması durumunda ana akım ile yüzey arasında ikincil akış dediğimiz bir bölge oluşur. Bu bölgede sebebiyle sürükleme kuvveti artar taşıma kuvveti azalır. Bu sebeple yüzeyde böyle bir bölgenin olması istenmez veya en az miktarda olması istenir. Ters basınç gradyanı kaynaklı olan bu ayrılmaların önlenmesi için birçok yöntem vardır. Bunlar pasif ve aktif olarak iki başlık altında toplanmışlardır. Bu tez çalışmasında aktif kontrol yöntemlerinden biri olan yüzeyden üfleme durumu incelenmiştir. Bu yöntemin temel amacı momentumu azalmış bir akışkana yüksek momentumlu akışkan göndererek yüzeyi takip etmesini sağlamaktır. Yüzeyden gönderilen jet akımlarının türbülanslı sınır tabakanın kontrolünün başarılı olması birçok parametre bağlıdır. Bunlar, üfleme delikleri arasındaki mesafe, jet akımının yüzeyle yaptığı açı (alfa), jet akımının serbest akımı ile yaptığı açı (beta), üfleme hızı, üfleme konumudur. Tüm bu parametreler için deney yapmak oldukça yorucu ve maliyetli olması sebebiyle incelemek istediğimiz parametreleri seçerek sayısal bir grup analiz yapılmıştır. Analizler Fluent® ticari kodla yapılmıştır. Parametrelerin etkilerini incelemeye başlamadan önce üfleme yapılmayan türbülanslı sınır tabakanın sayısal analizi yapılıp daha önce yapılmış deneysel çalışmayla karşılaştırılarak türbülans modeli belirlenmiştir. Bu çalışmanın sonucunda y+=3 sayısal ağ yapısı için Spalart-Allmaras türbülans modeli y+=35 sayısal ağ yapısı için k-epsilon türbülans modeli deney sonucu elde edilen hız profillerine oldukça uyumludur. Ancak yüzeyden üfleme durumları için duvar fonksiyonu kullanan bir türbülans modelinin doğru sonuç vermeyeceği düşünülerek Spalart-Allmaras türbülans modeli seçilmiştir. Daha sonra seçilen türbülans modeliyle 3 farklı konumda, 4 farklı alfa açısı ve 3 farklı üfleme hızı kullanılarak en etkin kontrol durumu belirlenmiştir. Çalışmada delik konumları rampanın başından itibaren rampa boyuyla boyutsuzlaştırlarak d1=0.12, d2=0.24, d3=0.35, d4=0.47, d5=0.59, d6=0.71 olarak belirlenmiştir. Ayrılmanın 0.74 konumunda gerçekleştiği göz önüne alındığında d1, d2 ve d3 konumlarından yapılan üflemenin etkisiz olacağı düşünülerek bu noktalarda herhangi bir çalışma yapılmamıştır. Üfleme açısı olan alfa açısı 30o, 45o, 60o, 90o'dir. Üfleme hızları ise b1=10m/s, b1=20m/s, b1=30m/s'dir. Bu çalışma sonucu üfleme konumu ayrılma noktasında yaklaştıkça üfleme etkinliği artmaktadır. Düşük üfleme hızlarında alfa açısı sınır tabaka kontrolünde etkisizdir. Etkili olduğu hızlarda ise alfa açısı artıkça üflemenin etkisi azalmaktadır. Üfleme noktasına yakın noktalarda alınan hız profillerinde alfa açısı değişiminin etkileri daha iyi gözlemlenmektedir. Üfleme noktasında uzaklaştıkça üfleme açılarının arasındaki fark kaybolmaktadır. d6 deliği için b3 üfleme hızında 30o alfa açısında en etkin kontrol yapılmıştır. Tüm üfleme durumlarda ayrılma kabarcığı azalmasının yanında b3 üfleme hızı 30o alfa açısında buna ek olarak ayrılma noktası ötelenebilmiştir. Deneysel çalışmalarda ise açısının hassas bir şekilde ayarlayamama ihtimaline karşılık alfa=90o için deneyler yapılmıştır. Bu deneyler sayısal çalışmanın sonuçları desteklemektedir Sayısal çalışmalar deneysel çalışmalara göre daha fazla veri almamızı sağlar. Sayısal çalışma sonucu akım çizgileri yardımıyla ayılma kabarcığı çizdirilmiştir b1 üfleme hızında ayrılma kabarcığının boyutları 126.5-22.56mm b2 üfleme hızında 122.21-21mm b3 üfleme hızında 124.3-19.8mm'dir. Üfleme Jeti boyutları ise b1'de 3mm b2'de 5mm b3'de 6.5mm'dir.Sınır tabakanın ayrılmasının bir başka sonucuda şekil faktöründe gözlenebilir. Laminer sınır tabakada Re sayısı artıkça şekil faktörünü azalır. Ancak ayrılma gerçekleştiğinde bu değer ani bir artış gösterir. şekil faktörü 3 değerlerine ulaştığında akış yüzeyden ayrılmıştır. Yapılan deneysel ve sayısal çalışmalarda şekil faktörü değerinin üflemeyle birlikte azaldığı görülmektedir. Bu çalışmanın şonuçları şu şekilde sıralanabilir: 1.Sınır tabakanın kontrol edilmediği durum için y+=3 sayısal ağ yapısında Spalart-Allmaras türbülans modeli deneysel çalışmaya yakın sonuç verirken y+=35 sayısal ağ yapısında k-epsilon türbülans modeli deneysel çalışmaya yakın sonuçlar vermektedir.2.Sınır tabaka üfleme yoluyla kontrol edilebilmektedir. 3.Üfleme noktası ayrılmanın gerçekleştiği noktaya yaklaştıkça kontrol etkinliği artmaktadır. 4.Üfleme noktasından uzaklaştıkça üfleme hızı ve açısı belirleyici kriter olmaktan çıkmaktadır. 5.Düşük üfleme hızlarında üfleme açısı belirleyici kriter değildir. 6.Üfleme açısı azaldıkça ve üfleme hızı artıkça kontrol etkinliği artmaktadır. Ayrılma kabarcığı önce basıklaşmakta sonra küçülmektedir. 7.30o üfleme açısı ve 30 m/s hızla üfleme çalışılan parametreler arasında en etki kontrol yöntemi olduğu görülmüştür.8.Üfleme hızı artıkça şekil faktörü düşmektedir. Many of the problems encountered in fluid mechanics are due to solid-fluid interaction. As the fluid in motion moves with the object on the surface of the solid, this velocity changes as it moves away from the object. With this speed gradient formed, shear forces because of the viscosity of the fluid. These forces occur extensively on the surface of the solid, which leads to a result such as drag force. There is no known mathematical model for the existence of this effect. The concept of the boundary layer was introduced by Prandtl to fill this void. With the development of aviation, the concept of boundary layer gradually increased. It was observed that not only the drag force generated on the surface but also the load force. The difference in temperature between the fluid and the solid was found to be near the velocity boundary layer around the solid, and that a thermal boundary layer was formed and affected the heat transfer. This led to an increase in the work done on the increase of the importance of the boundary layer. Researchers who divide fluid motion by laminate and turbulence continue to study the boundary layer by dividing it. It was noticed in these examinations that in some cases the flow can be separated without following the solid surface, whether it is laminate or turbulent. This decoupling can be resumed in the downstream zone as well as continuing without stick to surface. If the fluid does not stick to the surface again, a region of secondary flow between the main flow and the surface forms. Because of this region, drag force increases and lift force decreases. It is undesirable situation. There are many ways to prevent this separation, which are caused by the adverse pressure gradient. They are grouped under two headings: passive and active.In this thesis study, the blowing situation, which is one of the active control methods, has been investigated. The main purpose of this method is to send a high momentum fluid to the reduced momentum so as to follow the surface. Several parameters depend on the control of the turbulent boundary layer of jet streams sent from the surface. These are the distance between blowing holes, the angle of the jet flow with the surface (beta), the angle of the jet flow with the free flow (alfa), the blowing speed, the blowing position. Because it is very tedious and costly to perform experiments for all these parameters, a numerical group analysis is performed by choosing the parameters we want to study. Before examining the effects of the parameters, the numerical analysis of the uncontrolled turbulent boundary layer was carried out and the turbulence model was determined by comparing with the previously performed experimental work. Before the CFD study, the mesh independency was tested. For this test, 3 different value mesh was created. It is concluded that the velocity profiles obtained in the Spalart-Allmaras turbulence model in the mesh with low y+ value are more compatible. On the other hand, the velocity profiles obtained in the standard turbulence model are more compatible with high values. However, the Spallart-Allmaras turbulence model was chosen to be used in the another analyzes, since it would be wrong to use the wall function for surface blowing situations. According to the results of the Spalart-Allmaras turbulence model, the separation from the surface is about 174 mm ahead of start of the ramp at the x-axis. The size of the resulting separation bubble is 130.7 mm / 22.6 mm. In addition, 3D effects were observed.After the turbulence model was determined, the most effective control condition was investigated 3 different positions 4 different angles and 3 different blowing speeds. The numerical model has hole positions for 6 different positions. The distance between the holes is 30 mm. The positions of the holes were non-dimensionalized by the ramp size from the start of the ramp. Among them, d4=0.47, d5=0.59 and d6=0.71 were analyzed at the hole positions. Blowing was performed at speeds of 10-20-30 m / s (b1, b2 b3) through holes d4, d5, d6. Measurement points were non-dimensionalized by ramp height. x4.0= 2.44, x4.5=2.73 and x5.0=3.02.At the blowing position d4, the blowing speeds of b1 and b2 are not influenced on the main flow according to the velocity profile at point x4.0. At b3 blowing speed, the most effective blowing angle is 30o. The worst results at this speed were obtained at 90o blowing angle. At x4.5 point b3 blowing speed 30o 45o and 60o blowing speed speed profiles are close together. At 90o blowing angle, the boundary layer is slightly close to the surface. This situation continues at x5.0. The separation bubble could not be shifted in this blowing position At the blowing position d5, the velocity profile from point x4.0 does not show the effect of blowing speeds b1 and b2 on the main flow. At the b3 blowing speed, the momentum increase in the boundary layer with decreases blowing angle. At x4.5, b3 blowing speed, the effect created by the blowing angles in the velocity profiles is the same. This situation continues at x5.0. The release bubble in this blowing position could not be shifted.At the blowing position d6, the fluid at the surface is accelerated at the b1 blowing speed and at the blowing angle of 30o. This effect is less in the other blowing angles. At b2 blowing speed, the jet is observed clearly at 30o. At 45o and 60o blowing angles, the jet is seen not clearly, but the fluid near the surface is accelerated. The 90o blowing angle has no significant effect on the velocity profile. At b3 blowing speed, the jet is clearly observed at 45o and 60o besides 30o. At 90o this effect is limited.Experiments were carried out at blowing speeds of b1, b2, b3 at 90o blowing angle. Experiments results are parallel to CFD results. At all blowing speeds, the separation bubble size shrinks. As you move away from the blowing point, the blowing speed is not a distinguishing feature of boundary layer control. b1 and b2 for x4.25 and x4.5 points, and b1 b2 and b3 at x5.0 are not distinguishing features of boundary layer control of blowing speeds.Numerical study allows us to obtain more data than experimental results. One of them is the separation bubble size. The dimensions of the separation bubble at the b1 blowing speed are 124.3-19.8 mm at b 2 122.21-21 mm at b3 126.5-22.56 mm.The jet lengths are 3mm at b1, 5mm at b2, 6.5 mm at b3. The shape factor can also be observed as a consequence of the separation of the boundary layer. In the laminar boundary layer, The shape factor is reduced with increasing Re number. However, this value shows a sudden increase when separation occurs. At H> 3 the flow is separated from the surface. It can be seen that the CFD and experimental results value are decreasing with the blowing.As a result of this study, 1. Spalart-Allmaras turbulence model is quite similar to the velocity profiles at y+=3 in non-controlled boundary layer2. k-epsilon turbulence model is quite similar to the velocity profiles at y+=35 in non-controlled boundary layer3. Boundary layer can be controlled by blowing.4. As blowing position approach the point where separation is taking place, the control activity is increasing.5. As you move away from the blowing position, the blowing speed and angle is not the determining criteria.6. The blowing angle at low blowing speeds is not a determining criterion.7. As the blowing angle decreases and the blowing speed increase control effect increases.8. 30o blowing angle and 30m / s blowing were found to be the most effective control method among the parameters studied.9. As the blowing speed increases, the shape factor decreases 175

Doğada çok sık gözlenemeyen ve dolayısıyla da araştırmacıların üzerinde pek fazla inceleme yapma şansı bulamadıkları ve bir çeşit soliter dalga olan N-Dalga'sı bu tez kapsamında deneysel olarak labarotuvarda üretilmiş ve incelenmiştir. Özellikle deniz tabanında gerçekleşen heyelanlar ve depremler nedeniyle oluşan tsunamiler bu çeşit tekil dalgalar oluşturmaktadır. Bu nedenle tekil dalgaların incelenmesi büyük felaketler yaratan tsunami gibi afetleri daha iyi anlamamız açısından önem arz etmektedir.Bilim insanları tsunami gibi tekil dalgaları incelemeye başladıkları ilk yıllarda, bu tip dalgaların tek bir dalga tepesinden oluşan soliter dalga tipinde olduğuna kanaat getirmişlerdir. Bu minvalde soliter dalga üzerine çalışmalara ağırlık verilmiş çeşitli teorik yaklaşımlar irdelenerek sayısal ve fiziksel modeller gerçekleştirilmiştir. Mamafih tsunamilerin önceden öngörülememesi ve pek yaygın olmayan görsel kayıt ekipmanlarından dolayı gerçek bir tsunami dalgasının benzeştirilmesi ile ilgili olarak sağlam temelli ve net çalışmalar ortaya konamamıştır. Dijital teknolojideki hızlı gelişmeler sayesinde uzaktan algılama çalışmaları yaygınlaşmış, fotoğraf ve kamera teknolojileri gelişerek bir çok bireyin sahip olabileceği duruma gelmiştir. Böylelikle ilk modern bilimin başlangıcı sayılan gözlem yeteneğimiz tsunamiler konusunda da gelişmemize fırsatlar sunmuştur. 1990'lı yılların sonlarına doğru tsunami dalgasının sadece bir tepeye sahip olmadığı ve ayrıca bir de çukurun eşlik ettiği bir dalga olduğu anlaşıldı. Şeklinin N harfine benzerliğinden ötürü de N-Dalgası olarak isimlendirildi. Ayrıca N-dalgası için dalga tepesinin dalga çukurundan önce geldiği durum için `Leading Elevation N-wave (LEN)` ve dalga çukurunun dalga tepesinden önce geldiği durum için `Leading Depression N-wave (LDN)` tanımları yapılmıştır. Bu ilk gözlemleri takip eden yıllarda araştırmacılar, çeşitli teoriler ve sayısal modeller geliştirmişler. Fakat gerek gerçek bir tsunamiye ait kayıt olamaması gerekse de labaratuvarlarda bu tip dalgarı üretmeye müsait dalga üreticilerinin bulunmamasından dolayı teorilerilerini ve sayısal modellerinin doğruluğunu onaylamakta sıkıntılar yaşamışlardır. 2004 yılına geldiğimizde 26 Aralık günü Hint Okyanusu'nda meydana gelen ve Sumatra Depremi olarak da adlandırılan deniz altı depremi sırasında büyük bir tsunami meydana gelmiştir. Toplam 14 ülkeden 230000 insanın hayatını kaybettiği bu afet sırasında tesadüfen o bölgede bulunan `Mercator` isimli Belçika bandıralı bir yat bu tsunamiye ait bir su seviyesi değişimi kaydı almayı başardı. Bu tarihten sonrada N-Dalgasına ait teoriler gözden geçirildi, yenilendi ve daha sağlam temellere oturtuldu. Güncel çalışmalara göre artık N-Dalgası biri pozitif diğeri negatif genliğe sahip ve aralarında faz farkı bulunan iki adet soliter dalganın süperpozisyon hali olarak tanımlanmaktadır. Halen emekleme aşamasında bulunan araştırmalarda N-Dalgası fiziksel olarak laboratuvarlarda yeni yeni oluşturulmaya başlanmış olup bu konu ile ilgili çok kısıtlı sayıda çalışma mevcuttur. Sadece İstanbul Teknik Üniversitesi Hidrolik Laboratuvar'ı bünyesinde bulunan ve burada geliştirilen özel bir piston mekanizması sayesinde 23.5m x 1.0m x 0.5m boyutlarındaki dalga kanalında N-dalgası üretilebilmektedir. Bu çalışma kapsamında ise N-dalgasının fiziksel özelliklerini ortaya koymak amacıyla bir çalışma yürütülmüştür. Böylelikle bu konudaki literatürde bulunan boşluk doldurulmaya çalışılmıştır. Bu minvalde iki ana başlık altında çalışmalar yürütülmüştür. İlk olarak N-dalgasına ait ortalama akım hızı, türbülans ve taban kayma gerilmesi gibi akım özelliklerini incelemek maksadıyla taban sınır tabakasında ölçümler yapılmıştır. Daha sonrasında ise haliç, boğaz, koy gibi morfolojik kıyı şekillerinin etkilerini daha iyi anlayabilmek açısından basitleştirilmiş bir kanal daraltma işlemi gerçekleştirilmiştir. Böylelikle N-dalgasının fiziksel özelliklerinin kanal daralması ile nasıl değiştiği ortaya konulmuştur.N-dalgasının, doğası gereği permanan ve periyodik olmamasından ötürü fiziksel karakteristiklerinin ortaya konması amacıyla grup ortalaması (ensemble average) yöntemi benimsenmiştir. Bu yöntem permanan olmayan akımların incelenmesinde kullanılan bir yöntemdir (Sumer v.d., 2010). Bu minvalde N-dalgası 40 defa üretilmiş ve eş zamanlı olarak taban yakınında 35 noktada hız profili ve su yüzü değişimi ölçümleri yürütülmüştür. Bunlara ek olarak yine aynı dalgaya ait serbest yüzey akım hızının belirlenmesi amacıyla farklı derinliklerde yine hız profili ölçümleri gerçekleştirilmiştir.Açık denizde oluşan tsunamiler kıyılara yaklaştıkça kıyı morfolojisinden etkilenmektedirler. Özellikle boğaz, nehir gibi morfolojik yapılarda ilerleyişinin araştırılması bakımından ikincil bir deney düzeneği oluşturulmuştur. Bu düzenekle de kanal sırasıyla 5°, 10° ve 15° tedrici olarak daraltılmıştır. Yine bu durumlarda da 2 noktada hız profili ve su yüzü değişimleri kaydedilmiştir.Toplam 70 adet gerçekleştirilen deneyler daha sonra Matlab programı ile oluşturulan kodlarla analiz edilmiştir. Bu analizler sonucunda hız profilleri, kayma gerilmesi, türbülans özellikleri gibi akım özellikleri ortaya konulmuştur. Bu minvalde grafiklerin yanı sıra akımın zamanla değişimini gösteren videolar da Ekler kısmında CD-ROM olarak sunulmuştur. Ayrıca daralmanın etkisi ve su yüzü değişimleri de bu çalışma kapsamında irdelenmiştir. N-Waves, which are a type of solitary waves, do not occur in the nature frequently so that the researchers can not examine them easily. Solitary waves, particularly N-Waves, are of particular importance in geosciences due especially to tsunamis generated by sea bottom landslides and earthquakes. Investigation of solitary waves is crucial in understanding natural phenomenon such as non-linear waves in nearshore regions or catastrophic disasters like tsunamis which has devastating effects.In the early years of solitary wave investigations, scientists decided that tsunami waves can be represented by a solitary wave (i.e. with only one crest). This decision led to deeper research on solitary waves, substantial amount of theoretical approaches followed by numerical and physical modelling studies. However due to unpredictability of tsunamis and lack of widespread visual recording devices, clear and well founded studies were not achieved in simulation of a real tsunami wave.Due to the recent dramatic advancement in digital technology, remote sensing techniques became widespread and also video and photo capturing technologies improved so advanced that each individual can have a camera of their own. Therefore, observation, our most basic scientific tool, gave us the ability to improve our knowledge on tsunamis. At the end of 90s, a trough accompanied by a crest was discovered in tsunami waves. The geometrical similarity of this wave and Latin letter `N` ended up with the name N-Wave. Additionally, two new definitions were made for N-Waves; if the crest is followed by a trough, 'Leading Elevation N-wave (LEN)' and if the trough is followed by a crest, 'Leading Depression N-wave (LDN)'. In the following years researchers developed different theories and numerical models, but due to lack of real world tsunami records and lack of tsunami type wave generators in laboratories, they had problems in verification of their theories and models in an accurate extent.In 26th of December 2004, a devastating tsunami formed during Sumatra Earthquake in Indian Ocean. During this disaster more than 230000 people from 14 countries lost their lives and incidentally a Belgium boat called 'Mercator' was able to take a record of water level variation during this tsunami. After this recording N-Wave theories were reconsidered, renewed and better established. According to the up-to-date studies, N-Waves have been considered as the independent superposition of two solitary waves in different phases; one has positive and the other has negative amplitude. This new studies are still in the beginning level with rare publications and N-Waves are being generated in laboratories just recently.In this context, an experimental setup was designed the laboratory flume of Istanbul Technical University Hydraulics laboratory such that a typical N-Wave was generated and investigated experimentally in the frame of this PhD thesis. Hydraulic Laboratory of Istanbul Technical University has a unique N-Wave generator with a special vertically-oriented piston mechanism in a wave flume with dimensions 23.5m x 1.0m x 0.5m. Previously a number of researchers investigated run-up characteristics of this kind of waves in this flume. Also, effects of coastal forests on tsunami run-up and coastal erosion, behaviour of rubble-mound and caisson type breakwaters under tsunami waves were investigated in this flume. In this experimental study, geometrical and kinematical properties of N-Waves were investigated to fill the gap in the literature. Accordingly, studies were conducted under two main chapters. Firstly, boundary layer measurements on the flume bottom were performed for better understanding of N-wave generated near-bed flow properties such as time-averaged velocity, turbulence and bed shear stresses. Afterwards as the second chapter, a simplified flume narrowing section was manufactured for better understanding the effects of coastal morphology (such as estuaries, straits, bays etc.) on the progression of N-waves. Therefore, changes in physical properties of investigated N-wave due to narrowing were presented.Furthermore, water elevation time series and velocity measurements were obtained. Resistant type probes were used for water elevation measurements. For this system two resistant type wave probes, one 8 channel HR Wallingford wave monitor and a four channel National Instruments NI-9215 A/D converter were used. Also one channel of the A/D converter was assigned for synchronization between water level measurements and velocity measurements. In other words, synchronization output of the velocity profiler was connected to one channel of the A/D converter in order to ensure simultaneous data recording.Velocity measurements were performed by using the 3D acoustic velocity profiler (Vectorino) manufactured by Nortek AS. This new generation profiler can measure simultaneously three component of the instantaneous velocity in 35 points over a vertical range of 3.5cm, with intervals of 1mm. Moreover, this profiler can perform with a sampling rate up to the 100Hz. During the measurements, this device sends short sound impulses to the flow and listens with receivers placed on its four arm. Consecutively, it compares transmitted and received frequencies of sound and calculates velocity of the flow by using the Doppler effect theory. This real time and simultaneous velocity data was recorded by using a program provided by the manufacturer of the instrument. This type of velocitymeters are widely used in coastal and hydraulic applications and proved their reliability through the years.For generating controlled conditions, a metal sheet with dimensions of 2m (length) x 1m (width) x 0.004m (thickness) was deployed at bottom of the flume in the measurement section. Also this metal sheet was painted to assure a smooth surface. All velocity measurements were performed over the same point on this metal sheet during this study. Thus, surface roughness (corresponding to hydraulically smooth conditions) was kept constant during the experiments. Furthermore, two measurement points were used at section narrowed experiments. To ensure identical bottom roughness properties in consecutive narrowing configurations, side panels used for section narrowing were slid instead of sliding measurement probes.Since N-Waves are unsteady and non-periodic by their nature, time-averaging techniques cannot be used to calculate the mean flow parameters. Therefore, ensemble averaging method was used during the investigation of its physical properties. In this context the identical N-Wave was generated for 40 times in successive experiments and velocity profiles close to the bottom and water elevation time series were measured simultaneously. Additionally, velocity profiles at different vertical ranges from the flume bottom were measured in order to determine free stream velocity for the same N-Wave. These measurements were analysed numerically by the Matlab software tool and results were presented in this thesis. In the light of the findings, the results of water surface profile were matched with N-wave equation with a high positive correlation. Thus, it can be said that produced wave in the context of this study is a typical N-wave. Afterwards free stream velocity, time-average velocity profiles, turbulent fluctuations and wave Reynolds number values were calculated. In the light of the findings, it was concluded that flow was in transitional state from laminar to turbulent regime at the phase of maximum free stream velocity. Also, flow was dominated by the horizontal velocity component (u) and the vertical velocity component (w) was very small. The results further show that the turbulent intensity and turbulent kinetic energy were also dominated by the horizontal component. Besides, turbulence was produced within the boundary layer close to bed and dissipated towards to upper levels. Moreover, it can be said that there is a net longitudinal mass transport in the flow field beneath N-waves. Also, a phase shift between water elevation time series and mean horizontal velocity was not observed, as expected in the case of solitary wave.Additionally, the relationship between free stream velocity and water elevation time series was investigated. It is found that velocities at rising curve of the N-wave were lower than the falling curve. This result is in contradiction with flood wave (gradually varied flow case), another type of unsteady flow. Furthermore, bottom shear stresses were obtained during the experiments. Total bottom shear stress consists of two parts which are viscous shear stress and turbulent shear stress. It was revealed that turbulent stress component was more dominant than the viscous stress counterpart, when the free stream velocity was at its maximum. Furthermore, fluctuations at the shear stress are important because of formation of vortices and turbulent coherent structures. Hence, fluctuation of the shear stress was also presented in this study.Tsunamis, first generated at offshore, are extensively affected by the coastal morphologies as they approach the shoreline. To investigate N-Waves reaching estuaries and river mouths, the second chapter of the experimental set-up was established. In this set-up, the width of the flume was reduced gradually with 5, 10 and 15 degree angles by means of a 2cm thick water-resistant plywood panels. Velocity profiles and water level variations were also measured for these 3 configrations. These measurements were made at two sections which were at the entrance of narrowed section and middle of the that section. In these measurement a significant phase shift was observed at the tail section of the N-wave. Also wave height and period differences were obtained and presented herein.Additionally, velocity differences were studied between narrowed section and un-narrowed section experiments. In this case, free stream velocities at narrowed section experiments were approximately 50% less than the un-narrowed velocities. This is an expected result for a general wave.Experimental measurements, for 70 experiments in total, were analysed in Matlab environment with codes written especially for this purpose. Flow properties like velocity profiles, shear stresses, turbulence properties were produces as results of these analyses. Graphs and videos of the results were given in Appendices. Since the process is highly unsteady, animation videos presenting the time-varying velocity and turbulence measurements are very indicative in terms of the characteristics of N-Wave boundary layers. Additionally, the effect of narrowing and water level variations were also included in the aforementioned visual material. 118

Akrilik malzemeden yapılan düz bir levha üzerine yerleştirilen pürüzsüz bir küre ve pasif olarak akış kontrolü uygulanmış farklı küreler etrafındaki akış karakteristikleri boya ile görselleştirme ve Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçme (PIV) yöntemi kullanılarak kapalı devre açık kanal su akışında incelenmiştir. Düz levha üzerindeki hız dağılımı tetikleyici tel (tripwire) kullanılarak gelişmiş türbülanslı sınır tabaka koşullarında kalırken serbest akım hızına ve küre çapına göre tanımlı Reynolds sayısı 2500 ≤ Re ≤ 10000 aralığında değiştirilmiştir. Pasif akış kontrolü için, üzerine farklı açılarda 2 mm ve 3 mm silindirik çapında o-ring yerleştirilmiş küreler, farklı çaplarda pasif jet deliği olan küreler ve pürüzlü yüzeyi olan bir küre kullanılmıştır. Küre çapı 42.5 mm olup kalınlığı 63 mm olan levha yüzeyindeki türbülanslı bir sınır tabaka akışı içinde farklı konumlara yerleştirilmiştir. Küre art izi bölgesindeki anlık ve zaman ortalaması alınmış akış yapıları 0 ≤ G/D ≤ 1.50 aralığındaki boşluk oranlarında akış fiziği açısından analiz edilmiştir. Hız çalkantıları, akım çizgileri, girdap eş düzey eğrileri, hız alanları, türbülans kinetik enerji ve Reynolds gerilmesi eş düzey eğrilerinin dağılımları PIV verileri kullanılarak elde edilmiştir. Küre art izi yapısı küre ile levha arasındaki boşluk miktarına bağlı olarak değişen jet akıştan etkilenmektedir. Boşluk oranı art izi ile sınır tabaka etkileşiminin akış yapısında ve bu çalışmada uygulanan akış kontrol yöntemlerinin etkinliğinde güçlü bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, o-ringlerle uygulanan pasif akış kontrolünün etkinliği o-ring çapına ve yerleşim açısına bağlı olduğu kadar, kürenin sınır tabaka içindeki yerine de bağlı olmuştur. Üniform akış şartlarına yaklaşıldığı ve küre ile levha arasındaki boşlukta gerçekleşen jet akışın hiç olmadığı G/D=1.50 açıklık oranın ortalama akış yapıları ve türbülans istatistikleri değerlendirildiğinde en etkili o-ringli kontrol şeklinin 55°'ye yerleştirilmiş 2 mm çapındaki o-ringin ve 50°'ye yerleştirilmiş 3 mm çapındaki o-ringin olduğu gözlemlenmiştir. Düşük açıklık oranlarında (G/D=0.10 ve 0.25) çap oranları d/D=0.20 ve 0.25 olan küre durumlarında, küre deliğinden gelen jet akışın art izinde oluşturduğu momentumun, küre ile levha arasındaki jet akış üzerinde çok etkili olduğu bulunmuştur. Serbest akım şartlarına yaklaşıldığında G/D=1.50 açıklık oranında d/D=0.20 ve 0.25 oranlarındaki deliklerden gelen jet akışın küre üst kayma tabakasıyla alt kayma tabaksının etkileşimini engellediği bulunmuştur. Küre art izinde Reynolds gerilmeleri, hız çalkantıları ve türbülans kinetik enerji şiddetleri artan delik çapıyla birlikte azalmıştır. Ancak, delik çap oranları d/D=0.20 ve 0.25 olduğunda küre deliğinden gerçekleşen jet akışın oluşturduğu momentumun artmasıyla jet akışın art izi bölgesine karıştığı bölgede bu akış karakteristiklerinin şiddetleri artmıştır. Delik çapı oranının d/D=0.15 durumunun hem üst ve alt kayma tabakalarındaki değerler hem de jet çıkışındaki değerler birlikte incelendiğinde en iyi akış kontrolü için optimum oran olduğu sonucuna varılmıştır. Delikli kürenin deliğinden çıkan akış, art izi yapısını değişmiş ve akış yapısında küçük ölçekli bir adet girdap çifti oluşmuştur ve akış yapısının simetrikliğe doğru düzelmesine etki yapmaktadır. Akış fiziği yönünden bakıldığında, Reynolds sayısı değerinin Re=5000’in kritik altı olmasına rağmen, art izi bölgesindeki Karman Girdap caddeleri ve Kelvin Helmholtz girdapları pürüzlülük etkisinden dolayı biraz azalmaktadır. Elde edilen sonuçlar sayısal yöntemlerin geliştirilmesi ve doğrulanmasında ve mühendislik tasarımlarındafaydalı olabilecektir., Flow characteristics around a smooth sphere and passively flow controlled sphere located over a smooth flat plate made of Plexiglas material were experimentally investigated using dye visualization and PIV technique in close loop open water channel flow. Reynolds numbers were in a range of 2500≤Re≤10000 based on the free-stream velocity and sphere diameter while the velocity distributions over the plate surface are the developed turbulent boundary layer condition attained by using a tripwire. For passive flow control, the spheres with o-ring in 2 mm or 3 mm diameters located on the sphere surface at various angles, the spheres with passive jet hole in various diameters and a sphere with roughened surface were used. The sphere in diameter of D=42.5 mm was embedded at different locations in a turbulent boundary layer flow with a thickness of 63 mm. Instantaneous and time-averaged flow patterns in the wake region of the sphere were examined from the point of flow physics for different sphere locations in the range of gap ratio 0≤ G/D≤1.50. Distributions of velocity fluctuations, patterns of sectional streamlines, vorticity contours, velocity fields, turbulence kinetic energy and corresponding Reynolds stress correlations are obtained using PIV data. The gap ratio has a strong influence on the flow structure of the wake-boundary layer interaction and the effectiveness of the flow control methods applied in this study. Therefore, the effect of the o-ring on the passive flow control depends on the o-ring diameter and location angle as well as sphere location in the boundary layer flow. Approaching the uniform flow conditions, at the gap ratio G/D=1.50 no jet flow occurs through the gap between the bottom point of the sphere and flat plate and thus, it is observed from the mean flow characteristics and turbulence statistics that the most effective control with the o-ring is the o-ring located at 55° with 2 mm diameter and the o-ring located at 50° with 3 mm diameter. At the lower gap ratios (G/D=0.10 and 0.25) for the cases of diameter ratios d/D=0.20 and 0.25, it is observed that the momentum created by the jet flow through the sphere hole has strong effect on the wake structure of jet flow and through the gap between the sphere and flat plate. At the gap ratio G/D=1.50, it is observed that the jet flows through the sphere holes at the diameter ratios d/D=0.20 and 0.25 prevent the interaction of upper shear layer and lower shear layer of the sphere. For the case at the hole diameter ratio d/D=0.15, the evaluation of these flow characteristics levels at the upper and lower shear layers and jet exit, it is concluded that the sphere hole in d/D=0.15 diameter ratio is the optimum for the best flow control. The modified flow structure of the near wake of the vented sphere causes the occurrence of a pair of counter-rotating ring vortices which have the effect of aerodynamically streamlining the sphere wake. From the point of flow physics, vortex formation lengths of large scale Karman Vortex Streets and Kelvin Helmholtz vortices in the wake slightly decrease due to the roughness effect although the Reynolds number is in the subcritical region. It is demonstrated that both the passive control methods and the increased Reynolds numbers make the wake region size smaller and closer to the base of the sphere. The obtained results from this study can be helpful for developing and validating numerical predictions as well as designing.