Search

Maddi ve maddi olmayan kavramları birlikte kapsayan endüstriyel miras varlıkları turistik cazibe merkezlerine dönüşme sürecinde, turizm destekleyicileri ve toplulukları tarafından tarihin korunduğu ve yaşatıldığı birer nostalji manzarasına dönüşmektedirler. Kültür ve turizm bu anlamda endüstriyel geçmişin kimliğinin açığa çıkmasında önemli bir rol oynamasının yanısıra, endüstriyel mirasın korunması konusunda da önemli bir araçtır. Kültürel işlevler ve endüstriyel miras turizmi için, endüstriyel miras alanları, hem ekonomik hem de kültürel anlamda yeniden canlandırmanın temeli olarak kullanılabilmektedir. Bu canlandırma süreçleri, eski sanayi bölgelerinin ve onları içeren toplulukların çağdaşlaşması konusunda önemli adımlar atılmasını sağlamaktadır. Endüstriyel miras alanlarına olan ilginin son dönemlerde yoğun olarak artmaya başlamasıyla birlikte kültür ve turizm kavramları bakımından bu alanlara yönelik talep de gün geçtikçe artmaktadır. Bu alanlara yönelik yapılan müdahalelerin sayısı arttıkça tarihi kültürel miras açısından önemli olan bu alanların kültür ve turizm eksenli dönüşümleri süreçlerinde ortaya çeşitli olumsuzluklar çıkabilmekte ve bu durum geri dönülmesi mümkün olmayan sonuçlar doğurabilmektedir. Bu tez çalışmasında endüstriyel miras alanlarının, endüstriyel miras turizminin bir parçası olarak nasıl değerlendirildiği ve endüstriyel miras rotası olarak turizmdeki yeri ve önemi tartışılmaktadır. Bu kapsamda tezde kavramsal olarak miras, turizm, endüstriyel miras ve endüstriyel miras turizmi kavramları turizm ve koruma ekseninde tartışılmaktadır. Endüstriyel miras alanlarının endüstriyel miras turizmine yönelik olarak dönüştürülmesinin yöntemleri, araçları ve yasal süreçleri ortaya konmaktadır ve endüsriyel turizm rotaları oluşturması sürecinde ülkeler arası ilişkiler bağlamında miras rotalarının önemi tartışılmaktadır. Endüstriyel miras alanlarına yönelik dünyadaki dönüşüm örnekleri incelendiğinde, bu örneklerde kültürün ve turizmin kavram olarak bütün yönleriyle ele alındığı ve tüm süreçlerin buna göre planlandığı görülmektedir. Bu projelerin başarıya ulaşmasının ardındaki nedenler incelendiğinde ise bu alanların korunması ve yeniden işlevlendirilerek kullanılması konusunda kültür ve turizmin önemli faktörler olduğu görülmektedir. Turizm eksenli dönüştürülen bu alanların iyi bir planlama süreci ve yönetimi ile başarı kazanması mümkün olmaktadır. Tez kapsamında kavramsal yaklaşımlara bağlı olarak, ülkemizdeki endüstriyel miras alanlarının endüstriyel miras turizminin bir parçası olarak değerlendirilmesinin önemli olduğu tartışılmıştır. Bu bağlamda alan çalışması olarak, önemli endüstriyel miras alanlarından biri olan İstanbul'daki Santral İstanbul Projesi incelenmiştir. Bu projenin, geçirmiş olduğu süreçler, endüstriyel miras rotaları içindeki konumu ile birlikte ele alınarak, incelenmiş ve bu alana dair kültür ve turizm eksenli dönüşüm süreçlerine yönelik çeşitli çıkarımlarda bulunulmuştur. Böylece gelecekteki olası projeler için yaşanabilecek problemlere yönelik alınması gereken önlemler adına öneriler geliştirilmeye çalışılmıştır. Industrial heritage assets, which include both material and immaterial concepts, turn into nostalgia scenes where history is preserved and preserved by tourism supporters and communities in the process of being transformed into tourist attraction centers. In this sense, culture and tourism play an important role in revealing the identity of the industrial past as well as an important tool for the protection of industrial heritage. For cultural functions and industrial heritage tourism, industrial heritage sites can be used as the basis for revitalization, both economically and culturally. These re-enactment processes lead to important steps in the modernization of the old industrial zones and their communities.With the increasing interest in industrial heritage areas in recent years, the demand for these areas in terms of culture and tourism is increasing day by day. As the number of interventions made in these areas increases, various adversities may arise in the processes of cultural and tourism-oriented transformation of these areas, which are important for the historical cultural heritage, and this situation may lead to irreversible consequences.In this thesis, how industrial heritage areas are evaluated as a part of industrial heritage tourism and its place and importance in tourism as an industrial heritage route are discussed. In this context, the concepts of heritage, tourism, industrial heritage and industrial heritage tourism are discussed conceptually in the axis of tourism and conservation. Methods, tools and legal processes for the transformation of industrial heritage sites for industrial heritage tourism are presented and the importance of heritage routes in the context of inter-country relations in the process of creating industrial tourism routes is discussed. When the examples of transformation in the world about industrial heritage areas are examined, it is seen that culture and tourism are handled in all aspects as a concept and all processes are planned accordingly. When the reasons behind the success of these projects are examined, it is seen that culture and tourism are important factors in the protection and re-use of these areas. It is possible to gain success with a good planning process and management of these converted areas with tourism axis.Within the scope of the thesis, it is discussed that it is important to evaluate the industrial heritage sites in our country as a part of industrial heritage tourism depending on the conceptual approaches. In this context, as a field study, one of the important industrial heritage sites, the Santral Istanbul Project in Istanbul, has been examined. The processes of this project have been examined together with their position in the industrial heritage routes and various inferences have been made regarding the transformation processes in the field of culture and tourism. In this way, suggestions have been tried to be developed in the name of measures to be taken for the problems that may occur in the future for possible projects. 110

Bu çalışma, Uşak İli Banaz İlçesi koşullarında sorgum sudanotu melezi çeşitlerinin verim ve bazı kalite özelliklerinin belirlenmesi amacıyla 2014 yılında yürütülmüştür. Araştırmada 6 sorgum sudanotu melezi kullanılmıştır (Aneto, Teide, Rox, Sugar Graser II, Green Go, Nutrihoney). Deneme tesadüf blokları deneme desenine göre üç tekerrürlü olarak yürütülmüştür. Araştırmada sorgum sudan otu melezi çeşitlerinin bitki boyu, yaprak sayısı, sap kalınlığı, kardeş sayısı, yeşil ot verimi, kuru madde oranı, kuru madde verimi, ham protein oranı ve ham protein verimleri belirlenmiştir.Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre sorgum sudan otu melezi çeşitlerinin bitki boyları 200.1-229.7 cm, yaprak sayıları 8.66-9.66 adet/bitki, sap kalınlığı 11.00-16.67 mm, kardeş sayısı 3.67-5.66 adet, yeşil ot verimi 5740-7773 kg/da, kuru madde oranı % 22.77-25.21, kuru madde verimleri 1411-1895 kg/da, ham protein oranları %9.40-11.94 ve ham protein verimleri 145.7-215.3 kg/da arasında değişim göstermiştir. Araştırma sonuçlarına göre, yeşil ot verimi, kuru madde verimi ve ham protein verimi bakımından Green Go ve Aneto çeşidinin denemede yer alan diğer çeşitlerden daha üstün olduğu belirlenmiştir. This study was carried out in 2014 in order to determate of yield and some quality properties of sorghum sudangrass hybrid in the conditions of Usak Province Banaz District. In the study, 6 sorghum sudangrass hybrid was used (Aneto, Teide, Rox, Sugar Graser II, Green Go, Nutrihoney). The experiment was carried out in three replications according to the design of random blocks. In the study, plant height, number of leaves, stem thickness, number of siblings, yield of green grass, dry matter content, dry matter yield, crude protein ratio and crude protein yields of sorghum varieties were determined. According to the results obtained from the study, plant height ranged from 200.1 to 229.7 cm, leaf number per plant ranged from 8.66-9.66,stem diameter ranged from 11.00-16.67 mm, number of siblings ranged from 3.67- 5.66, green yield ranged from 5740 to 7773 kg/da, dry matter content 22.77-25.21%, dry matter yield ranged from 1411 to 1895 kg/da, crude protein ratios ranged from 9.40 to 11.94%, crude protein yields ranged from 145.7 to 215.3 kg/da. According to the results of the research, it was determined that Green Go and Aneto cultivars were superior to other experimental cultivars in terms of green grass yield, dry matter yield and crude protein yield. 52

Standart sartlar altında, havanın bir MEMS içerisindeki hareketi sırasında, ortalamaserbest uzaklıgın akısa ait karakteristik boya oranının büyük olması sebebi ile seyrelmisgaz akısı söz konusu olur. Kayma bölgesinde yer alan bu tip akıslar, sınır sartlarınınuygun sekilde degistirilmesi kosuluyla Navier-Stokes çözücüler gibi sürekli ortamyaklasımına dayalı modeller kullanılarak analiz edilebilirler. Bu çalısmada,Karakteristik Tabanlı Ayırma algoritmasına ait kaymama ve sıcaklık degerlerindesıçrama olmaması kosulları, kayma-hızı ve sıcaklık-sıçraması sınır sartlarını saglayacaksekilde degistirilmistir. Buna ek olarak, hareketli sınırlara sahip akıs problemlerininmodellenebilmesi için, hareketli ve deformasyona ugrayan ag yaklasımı, Keyfi-Lagrangian?Euleri formülasyonu kullanılarak algoritma ile bütünlestirilmistir.Kullanılan algoritmanın kapalı yöntemle hesaplama yapılan kısmının büyüklügü, sankiikinci-derece-hız/lineer-basınç (pP2P1) elemanlarının Sonlu Elemanlar uygulamasındakullanılmasıyla azaltılmıstır. Algoritmanın gelisen kapasitesi kullanılarak, sıkıstırılamazakıstan sıkısabilire, sürekliden seyrelmis gaz akısına kadar birçok akıs problemiçözülmüs ve kapsamlı analizler gerçeklestirilmistir. Bu problemlerden, ters basamakiçindeki laminer akıs ve NACA0012 etrafındaki viskoz akıs sürekli bölgede yer alırken,mikro sentetik jet eyleyici akısı, mikro kanal içindeki akıs ve mikro boyutlu tersbasamak içindeki ayrılan akım problemleri kayma bölgesinde yer almaktadır. Eldeedilen sonuçların literatürdekilerle karsılastırılması sonucunda, yapılan degisikliklerlesöz konusu algoritmanın kayma bölgesinde yer alan mikro akıs problemlerininçözümünde etkin bir sekilde kullanılabilecegi görülmüstür.Anahtar Kelimeler: karakteristik tabanlı ayırma, sonlu elemanlar yöntemi, mikro akıs,kayma-hızı, sıcaklık-sıçraması, sentetik jet eyleyici At standard temperature and pressure, air flow in MEMS can be considered as rarefiedsince the ratio of free molecular path to the characteristic length of the device is high. Itis possible to analyze these flows using a continuum model such as Navier-Stokes, withmodified boundary conditions. In this study, traditional no-slip/no-temperature-jumpboundary condition of the Characteristic-Based-Split algorithm is modified toaccommodate slip velocity/temperature-jump boundary conditions. In addition to this,moving deforming mesh concept is coupled with the algorithm using Arbitrary-Lagrangian-Eulerian approach to model fluid flow problems with moving boundaries.To reduce the size of implicit part of the algorithm, pseudo-quadratic velocity/linearpressure (pP2P1) elements are employed for Finite Element implementation. Usingextended capability of the algorithm, gas flow problems varying from incompressible tocompressible, from continuum to rarefied are solved and comprehensive analyses aredone. Laminar flow past a backward facing step and laminar viscous flow overNACA0012 are the flow problems in continuum regime, while the Micro synthetic jetactuator flow, micro channel flow and separated flow in a micro backward facing stepare flow problems in slip regime investigated numerically in this study. Comparison ofthe results, obtained using modified algorithm, with the results available in literatureshows that the implementation of the algorithm is applicable and effective for microflows in slip regime.Keywords: characteristic-based-split, finite element method, micro flow, slip-velocity,temperature-jump, synthetic jet actuator 112

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006, Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2006, Standart şartlar altında, havanın bir MEMS içerisindeki hareketi sırasında, ortalama serbest uzaklığın akışa ait karakteristik boya oranının büyük olması sebebi ile seyrelmiş gaz akışı söz konusu olur. Kayma bölgesinde yer alan bu tip akışlar, sınır şartlarının uygun şekilde değiştirilmesi koşuluyla Navier-Stokes çözücüler gibi sürekli ortam yaklaşımına dayalı modeller kullanılarak analiz edilebilirler. Bu çalışmada, Karakteristik Tabanlı Ayırma algoritmasına ait kaymama ve sıcaklık değerlerinde sıçrama olmaması koşulları, kayma-hızı ve sıcaklık-sıçraması sınır şartlarını sağlayacak şekilde değiştirilmiştir. Buna ek olarak, hareketli sınırlara sahip akış problemlerinin modellenebilmesi için, hareketli ve deformasyona uğrayan ağ yaklaşımı, Keyfi-Lagrangian–Euleri formülasyonu kullanılarak algoritma ile bütünleştirilmiştir. Kullanılan algoritmanın kapalı yöntemle hesaplama yapılan kısmının büyüklüğü, sanki- ikinci-derece-hız/lineer-basınç (pP2P1) elemanlarının Sonlu Elemanlar uygulamasında kullanılmasıyla azaltılmıştır. Algoritmanın gelişen kapasitesi kullanılarak, sıkıştırılamaz akıştan sıkışabilire, sürekliden seyrelmiş gaz akışına kadar birçok akış problemi çözülmüş ve kapsamlı analizler gerçekleştirilmiştir. Bu problemlerden, ters basamak içindeki laminer akış ve NACA0012 etrafındaki viskoz akış sürekli bölgede yer alırken, mikro sentetik jet eyleyici akışı, mikro kanal içindeki akış ve mikro boyutlu ters basamak içindeki ayrılan akım problemleri kayma bölgesinde yer almaktadır. Elde edilen sonuçların literatürdekilerle karşılaştırılması sonucunda, yapılan değişikliklerle söz konusu algoritmanın kayma bölgesinde yer alan mikro akış problemlerinin çözümünde etkin bir şekilde kullanılabileceği görülmüştür., At standard temperature and pressure, air flow in MEMS can be considered as rarefied since the ratio of free molecular path to the characteristic length of the device is high. It is possible to analyze these flows using a continuum model such as Navier-Stokes, with modified boundary conditions. In this study, traditional no-slip/no-temperature-jump boundary condition of the Characteristic-Based-Split algorithm is modified to accommodate slip velocity/temperature-jump boundary conditions. In addition to this, moving deforming mesh concept is coupled with the algorithm using Arbitrary-Lagrangian-Eulerian approach to model fluid flow problems with moving boundaries. To reduce the size of implicit part of the algorithm, pseudo-quadratic velocity/linear pressure (pP2P1) elements are employed for Finite Element implementation. Using extended capability of the algorithm, gas flow problems varying from incompressible to compressible, from continuum to rarefied are solved and comprehensive analyses are done. Laminar flow past a backward facing step and laminar viscous flow over NACA0012 are the flow problems in continuum regime, while the Micro synthetic jet actuator flow, micro channel flow and separated flow in a micro backward facing step are flow problems in slip regime investigated numerically in this study. Comparison of the results, obtained using modified algorithm, with the results available in literature shows that the implementation of the algorithm is applicable and effective for micro flows in slip regime., Doktora, PhD

ÖZET Uçan cisimlerin aerodinamik performanslarının yanısıra radar kesitlerinin de önemli bir dizayn kriteri olarak kabullenilmesi, radar kesitinin hesaplanması ihtiyacım gündeme getirmiş, bunun için de deneysel yöntemlerle karşılaştınlınca daha az zahmet ve masraf isteyen sayısal yöntemler daha çok tercih edilir hale gelmiştir. Bu çalışmada, radar kesiti hesaplanmak istenen 3-boyutlu geometriler, sekiz köşeli elemanlardan meydana gelen bir ağ yapısıyla modellenmiştir. Ardından bu ağ üzerindeki tekil noktalar ve elde edilecek sonuçlan olumsuz yönde etkileyebilecek bazı düzensizlikler, eliptik diferansiyel denklemlerin SIP (Strongly Implicit Procedure) ile çözümünü içeren bir bilgisayar programı ile düzeltilmiştir. Daha sonra, bu ağ ile temsil edilen geometrilerin saçılma karakteristiklerini belirlemek üzere, sonlu farklar yaklaşımı ile Maxwell denklemlerinin çözümünü verecek bir bilgisayar programı geliştirilip kullanılmıştır. Geliştirilen ağ üretici program kullanılarak elde edilen ağ örnekleri ve basit matematik denklemler yardımıyla üretilen bir küre etrafında Maxwell Denklemleri 'nin çözülmesiyle elde edilen elektrik alana ait grafikler tezde sunulmuştur. vıu SUMMARY Since the early days of aviation, shaping for good. aerodynamic characteristic has been an integral part of aircraft design. However, with the introduction of aircraft, such as the Lockheed -F-117A and the Northrop B-2,.it is clear that low radar signature is also rapidly becoming an important criterion in the design of new aircraft. Thus, today designer is not only faced with shaping for low radar cross section (RCS). Because of that, accurate analyses of aerodynamics and res characteristics must be determined simultaneously. A smooth grid is required to obtain radar cross section of a 3-dimensional. object. In this thesis elleptic partial diferantial equation is used to generate 3- dimensional grid. The grid in the physical domain is mapped into computational space by transforming x-y-z coordinates into £- 77- £ coordinates. The general transformation is governed by a set of Poisson Equation in the following form : The inhomogenous terms P, Q and R control the distribution of nodes inside the domain of interest. Transformation equation. above to the curvilinear space produces system of poisson equation which is the most common PDE used for grid generation as follows: (hxX^a^x^^x^+a^x^a^^+^x^-I^Px^ +Qxn+Rx() Writing this equation in finite difference form using second order centered difference approximations of the exact partial derrivatives yield the following FDE : IXXi+lJJc IXjJJc +XlAJJt ? Xj-HJ-tiJc Xi-lJ+/Jc XMJ-Ut +Xi-iJ-lk XMJMl ~Xi-l,jJc+l ~Xi+yjc-/ +Xt-UJc-l Xi.j/ijk ~^Xij/k +XtJ-Xk a^J* AAÇAT ^*u* Arj2 XiJ+lk-il ~Xi,j-U+l ~XiJ+U-l +XiJ-U-/ Xi.jMl ~~XiJJc +XijM _ Tz /XM,jM~Xi-lJJi p, XiJ+lk ~XiJ-Xk ^ XtJJ:-a ~XİJJc-l n (i) 'u* v 2zkf 'J* 2Arj >}* 2A;, In the equation above specific functional forms must be chosen for P, Q and R to achieve the desired interior grid point distribution. The method developed by Steger and Sorenson ( 1979 ) and Hilgenstock ( 1988 ) consists of determining the values P, Q and R on the boundaries by imposing the follwing two constraints : 1. The spacing in the physical space along the transverse coordinate lines between the boundary coordinate line and first interior coordinate line a specified priori 2. The angle of intersection of the transverse coordinate lines with the boundary coordinate lines is specified a priori. After the value of P, Q and R determined on the boundaries, they must be extrapolate into the interior of the domain. Exponantially extrapolate the boundary values P, Q and R into the interior is one of the method. Since the terms P, Q and R required to produce the desired grid are unknown initially they have to be determined iteratively as follows : P*+' = P`+AP R`+I = R` + AR Here n denotes the number of iteration level. The initial values of P, Q and R can be set zero for the first time. The determination of AP, AQ and AR are boundary dependent. Angle control at a surface £ = const, is given as follows : a` = cos -1 Where T, and T are the tangents described in fig. 3.2 with a required angle a - in this case 90° - the AQ correction is defined as:A Q = tan a`-a a The same procedure is used to determine AP. The distance between the boundary point at the Ç = const plane and adjecent grid point in ğ direction is : As = /xi-ij,k ~ xu,k ) + /yt-ij,k ~ yij,k ) + /zi-u,k - ztj,k ) -Iİ/2 with a required distance As* one obtains the following relation for the correction of the corresponding source term P : A P = tan i (As`-As As* Solution of large linear equation systems uses most computing time in computational fluid dynamics (CFD ) codes. Due to the non-linearity and coupling of partial diferantial equations, outer iteration must be used to update the coefficients and source terms in the linear equation systems. These are also solved iteratively and iteration within the solver is called inner iteration. One of the most popular iterative solvers for ( CFD ) is the Stone's strongly imlicit ( SIP ) solver. In this thesis ( SIP ) is used to solve poisson equation. Finite difference formulation for poisson equation can be written in matrix form as follows : The iterative solution of the equation above requires an iteration matrix [M] and the proces of solution proceeds as follows : [M]{r^/ = M-[A-M]{r-} or Where Sm is the change in variable r from iteration m to m+1 and /0m/ is the resudual after m'th iteration, {öm; = {^}-[^]{r m). For an efficient iterative solution method, the matrix [M] should be as closed to [A] as possible. The SIP method uses a product of two triangular matrices [/,] and [if] ( for lower and upper ) as the iteration matrix : siFor the rapid converge, [N]. must be very small. After calculation of the element of the matrix [L] and [u] at ijk th node, auxilary vector matrix {V } can be calculated as follows : {Fm} = [zr']{0ra} And the increment vector matrix {S } : {sm}=[u-1]{vm} These two equations are solved easily by forward and bacward substitution The RCS analysis is based on the numerical solution of the time domain Maxwell's curl equation. The Maxwell's equations for free space are given by Ampere's and Faraday's laws as follows : -* SF VAH-e- = 0 ât -* âlî ^ ât In three dimensions, the Maxwell equations involve three components of the electric field (Ex, Ey, Ez ) and the three components of the magnetic field (Hx, Hy, H2 ). The three dimensional Maxwell equation in cartesian coordinates can be written in conservation form as follows : 0 = F3 = E* 0 Hy -Hx 0 As a result of the transformation from the cartesian coordinates to the generalized curvilinear coordinate system the equations above become Ql + Fl4 + F2,, + F3c = 0 (2) XII(2) The relationship between the Q and F vectors as follows Fl = AQ F2=BQ F3 = CQ Fl,F2,F3 and Q vectors are called flux vectors. /=/,...,5 ve J=l,...,6, v âFHl), v â¥2(l) f x âVHl) 4^^)=-^ 5(/^)=-^t( c(i,j)= k ) dQÜ) ÖQ{J) dQU) So, A, B and C jakobyen matrix are given below: A = XIII5 = C = The equation (2) is a system of hyperbolic equations. This kind of equations can be solved numerically by using any of numerous CFD based finite difference schemes. In this thesis, Lax-Wendroff scheme is used. The Lax- Wendroff scheme has a second order accuracy in both time and space and is an explicit scheme. The final form of Lax-Wendroff scheme for Maxwell's equations as follows: & = QIj* ~ `(?! + K + F? ) + ^-{4?* + f1* + f$ + ^{fİ+fÎ +Fİ)+ BİFl + F^ + FÜ + Bfâ+Ft+F*) + C(Fİ + Fi + F^) + C,(f' + F2 + F/ )} For numerical solution second order finite difference formulation is used in the equation above. And finally, two computer codes are devolped in ftn77 two modify any grid and to solve Maxwell's equations. The first computer code is used to modify any grid generated by any method for RCS analyses of an object and RCS analyses obtained by this modified grid has more accuracy. In this thesis, RCS analyses is obtained around a sphere. The sphere is generated by gebric method. And the results are presented in chapter 6. Some grids which is modified by computer code are also presented in chapter 6. XIV 70

Bu çalışmanın temel amacı dipten yanma üniteli topçu mermilerinde dip bölgesi akış fiziğini ve DYÜ karakteristiği hesaplamalı yöntemlerle detaylı olarak incelemektir. Bu kapsamda DYÜ fiziğini anlamak için doğrulama çalışmaları yürütülmüş, farklı parametrelerin etkileri incelenmiş ve menzil arttırımı konusunda büyük etkisi olduğu bilinen dip bölgesi sürükleme kuvveti azaltımı için matemetiksel bir model üretilmiştir. Tezde yer alan HAD analizleri problem fiziğinin karmaşıklığından dolayı eksenel simetrik olarak gerçekleştirilmiştir. DYÜ yanma durumu için sonlu oranlı kimyasal yanma modeli kullanılmış olup, literatür ve Fluent teori rehberinden elde edilen bilgiler doğrultusunda türbülans modeli olarak Transition SST tercih edilmiştir.İlk olarak mermi çalışmaların güvenilirliği açısından çözüm ağı yakınsatma çalışması gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda üretilen farklı yoğunluklardaki çözüm ağları için dip bölgesi basınç değişimleri, dip bölgesi sürükleme kuvveti değişimleri ve yüzde farkları hesaplanmıştır. Bu göstergeler değerlendirilerek sonraki mermi çalışmalarda gerçekleştirilecek olan HAD analizlerinde kullanılmak üzere çözüm ağından bağımsız sonuç veren 15696 eleman sayılı çözüm ağı tercih edilmiştir.Bu tezde kullanılan yanma modeli için iki farklı doğrulama çalışması gerçekleştirilmiştir. İlk çalışma sesüstü eksenel yakıcı deneyidir. Bu deneyde bir düzenek yardımıyla H2 gazı ve hava karışımı iki ayrı jetle eş zamanlı olarak serbest akışa püskürtülmektedir. Kimyasal olarak reaktif olan H2 gazı ve hava karışımının buluşmasıyla tutuşma meydana gelmektedir. Doğrulama çalışmasında kapsamında farklı eksenel istasyonlarda sıcaklık ve hız profilleri karşılaştırılmıştır. Jet çıkışına yakın bölgelerdeki hız profillerinde bir takım uyuşmazlıklar görülsede diğer istasyonlardaki sıcaklık ve hız profilleri oldukça benzerdir. Bu çalışma sayesinde yanma modelinin belirli bir seviyede güvenilir olduğu kanıtlanmıştır.İkinci doğrulama çalışması için DYÜ teknolojisin sayısal olarak incelendiği çalışma seçilmiştir. Bu çalışmada serbest akışa maruz kalan merminin dip bölgesi DYÜ ile kimyasal olarak reaktif olmayan sıcak hava ve kimyasal olarak reaktif olan H2-CO gazı ile beslenmektedir. Çalışmada DYÜ cansız (enjeksiyonun olmadığı) durumu, sıcak hava enjeksiyonu durumu ve H2-CO gazı yanması olmak üzere 3 farklı durum için sayısal çözümler verilmiştir. Doğrulama çalışmasına ek olarak yanmanın modellenmediği H2-CO gazı enjeksiyonu durumu çalışılmıştır. HAD analizleri sonucunda DYÜ cansız durumu ve sıcak hava enjeksiyonu durumları için doğrulama çalışması ile benzer dip bölgesi sürükleme kuvveti katsayısı azaltımı değerleri elde edilmiş, yanma durumunda ise kullanılan yanma modellerinin farklı olmasından dolayı %3'lük bir fark gözlemlenmiştir. Dip bölgesi yanma durumunun dip bölgesine kütle aktarımının yanında ısı enerjisi aktarımıda yaptığı, bu sayade dip bölgesi sürükleme kuvvetini daha fazla azalttığı görülmüştür. İkinci doğrulama çalışması ile yanma modeli istenilen seviyede doğrulanmıştır.Geçerli seviyede güven veren doğrulama çalışmalarının ardından DYÜ karakteristiğini daha iyi anlamak için serbest akış Mach Sayısı, uçuş irtifa ve DYÜ debisi faktörleri ile 2k tam faktöriyel deney tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan deney noktalarında sonlu oranlı kimyasal yanma modeli kullanılarak HAD analizleri gerçekleştirilmiş ve dip bölgesi sürükleme kuvveti azaltım parametresi elde edilmiştir. Deney tasarımı ticari Minitab istatiksel yazılımı kullanılarak analiz edilmiş faktörlerin ve bu faktörlerin birbiri ile etkileşiminin dip bölgesi sürükleme kuvveti azaltım sayısına etkisi elde edilmiştir. Dip bölgesi sürükleme kuvveti azaltım parametresine en büyük etkinin %59 ile Mach Sayısı, irtifa ve debi etkileşim etkisinin %13 olduğu, diğer ikili etkileşimlerin ve üçlü etkileşimin toplam etkilerinin kabul edilebilir risk olan %5'in altında olduğu bulunmuştur. Dip bölgesi sürükleme kuvveti azaltım parametresi için kabul edilebilir risk aralığında matematiksel bir model üretilmiş, bu modelin tüm düzey ve ara noktalarda kullanılabilir olduğu ispatlanmıştır. Bu tez çalışmasında üretilen matematiksel model kullanılarak 155 [mm] M864 topçu mermisi için menzil tahminlerinde dip bölgesi sürükleme kuvveti girdisi sağlanabilir. The main objective of this study is to investigate the base flow physics for base bleed projectile and base bleed unit characteristics by using computational methods. In this context, validation studies were carried out to understand the physics of base bleed unit, the effects of different parameters were examined and a mathematical model was produced for the base drag reduction, which is known to have a great effect on the range increase.The CFD analysis in the thesis were carried out as an axially symmetric due to the complexity of the problem physics. Finite rate chemical combustion model is used for the base bleed combustion situation and Transition SST has been preferred as the turbulence model according to the literature and the information obtained from the Fluent theory guide.First of all, a grid convergence study was conducted for the reliability of the projectile studies. In this context, base pressure changes, base drag variations and percentage differences were calculated for different grid densities. These indicators were evaluated and the grid of 15696 element numbers was chosen to be used in the CFD analyses to be performed in subsequent projectile studies.Two different validation studies were performed for the combustion model used in this thesis. The first study was a supersonic axial burner experiment. In this experiment, H2 gas and air mixture are sprayed to the free flow simultaneously with two separate jets by means of a device. Reaction occurs when the chemically reactive H2 gas and the air mixture meet. Temperature and velocity profiles were compared in different axial stations within the validation study. Although there are some mismatches in the velocity profiles in stations close to the jet exit, the temperature and velocity profiles in the other stations are very similar with experiment. Under favour of this study, the combustion model has been proven to be reliable at a certain level.For the second validation study, the projectile base bleed technology was selected which examined numerically. In this study, the base area of the projectile exposed to free flow is fed with non-chemically reactive hot air and chemically reactive H2-CO gas. In the study, numerical solutions were given for 3 different conditions, including non-injection case, hot air injection case and H2-CO gas combustion case. In addition to the validation study, H2-CO gas injection case was studied without modelling combustion. As a result of CFD analysis, similar base drag coefficient reduction values were obtained for non-injection case and hot air injection case, and a difference of 3% was observed because of the different combustion models used for combustion case. It is seen that the base combustion case transmits heat energy to the base region as well as mass addition, thus decreasing the base drag force more. With the second validation study, the combustion model was confirmed at the desired level.After validation studies which giving confidence at the acceptable level, a 2k full factorial design of experiment was performed with free flow Mach Number, flight altitude and base bleed mass flow rate factors to better understand the characteristics of the base bleed unit. CFD analysis were performed by using the finite rate chemical combustion model at the designed experiment points and the base drag reduction parameter was obtained. The effects of the factors and the interaction of these factors with each other on the base drag reduction parameter were obtained by statistically analyzed the design of experimental using commercial Minitab software. It was found that the greatest effect on to the base drag reduction parameter was the Mach Number with 59%, altitude and mass flow rate interaction effect was 13%, and the overall effects of the other bilateral interactions and triple interaction were below the acceptable risk of 5%. A mathematical model has been produced in the acceptable risk range for the base drag reduction parameter, which has proven to be usable at all levels and intermediate points. Using the mathematical model generated in this thesis, a base drag force input can be provided in the range estimations for 155 [mm] M864 artillery bullet. 65

Kavite akışları, 1950'lerden itibaren birçok alanda araştırmaya konu olmuş, aerodinamik ve aeroakustik alanlarında önemli bir yer edinen ve içinde birden çok disipline ait olgular barındıran bir akış tipi olma özelliğine sahiptir. Kavite akışı araştırmaları, 1950'lerde dâhili silah yuvalarının kullanımı fikrinin ortaya çıkmasıyla ile başlamış olup günümüzde halen devam etmektedir. Son zamanlarda, yeni nesil savaş uçaklarının radar kesit alanlarını azaltma, maruz kaldıkları aerodinamik sürükleme ve ısınmaları en aza indirgeme gereksinimleri gibi ihtiyaçlar sebebiyle kavite çalışmaları yeniden hız kazanmıştır. İlk zamanlarda çoğunlukla teorik ve deneysel olarak yürütülen çalışmalar, güçlü bilgisayar donanımlarının ve hesaplama yeteneklerinin ortaya çıkması sayesinde, günümüzde sayısal olarak da yürütülmektedir. Kavite akışları sadece dâhili silah yuvalarında değil, uçakların iniş takımları, kara araçlarının pencereleri ve açılır tavanları gibi birçok alanda pratik olarak görülebilmektedir.Kavitelerin yarattığı en büyük sorunlardan birisi oluşan yüksek basınç salınımları ve gürültüdür. Kaviteler, açık ve kapalı olarak iki ana kategoriye ayrılmaktadır. Açık kavitelerde, öz salınım sebebiyle yüksek derecede gürültü oluşabilmektedir. Kavite hücum kenarından kopan ve serbest bir kayma tabakası şeklinde girdaplar üreterek ilerleyen akış, kavite firar kenarına çarpıp bu kenar ile etkileşime girerek güçlü akustik dalgaların oluşumuna neden olmaktadır. Oluşan akustik dalgalar yukarı akım yönünde ilerlemekte ve firar kenarından kopup gelen tabaka ve girdaplarla etkileşime girerek bu girdapları etkilemektedir. Bu geri besleme mekanizması ve akustik etkileşimler, yüksek basınç salınımlarına, gürültü ve titreşime yol açmaktadır. Zaman içerisinde yapılan birçok çalışma, kavitelerde temel ses kaynağı olan arka duvarın önemli bir role sahip olduğunu göstermiştir. Kavitelerin oluşturduğu gürültüyü azaltmak amacıyla yıllar içerisinde birçok araştırma yapılmıştır ve yapılmaya devam etmektedir. Yolcu uçaklarının iniş takımlarının kapaklarının açılması nedeniyle oluşan kaviteler 160 dB seviyelerinde ses oluşturabilmekte, bu ses ise pilotlar için yanıltıcı, yolcular için rahatsız edici olabilmektedir. Bomba ve füze dâhili yuvalarının oluşturduğu kaviteler ise yüksek basınç salınımları sonucu mühimmatın uçaktan güvenli ayrılmasını engelleyebilmekte, kavitenin çevresindeki yapıya ve sonuç olarak uçağa zarar verebilmektedir. Kavite akışları, geometrik olarak basit bir şekle sahip olmasına rağmen akışın düzensizliği sebebiyle zorlu bir fiziğe sahip bir problem olarak öne çıkmaktadır. Bu sebeple dikkatli bir şekilde ele alınmalı ve incelenmelidir.Bu tez, kavite akışlarını incelemeyi, anlamayı ve kavite akışlarında ortaya çıkan gürültüyü en aza indirgemeyi amaçlamaktadır. Kavite akışlarında gürültü oluşumunu azaltmak için kullanılan yöntemler pasif ve aktif olarak ikiye ayrılmaktadır. Aktif kontrol yöntemleri sisteme harici bir enerji girdisi gerektirirken, pasif kontrol yöntemlerinde böyle bir ihtiyaç duyulmamaktadır. Pasif kontrol yöntemleri, kavite geometrisine çeşitli değişkeler yaparak veya kaviteye harici cihazlar ekleyerek akışı kontrol etmeyi amaçlayan yöntemler olarak özetlenebilir. Aktif yöntemlerde ise akışa ve kaviteye dışarıdan müdahaleler ve bir enerji alış-verişi söz konusu olmaktadır. Pasif kontrol yöntemlerinin aktif yöntemlere göre kullanım alanının daha fazla olması sebebiyle, bu tez kapsamında pasif kontrol yöntemleri üzerine durulmuştur. Tez içerisinde, öncelikle temiz kavite olarak adlandırılan, herhangi bir akış kontrol yöntemi içermeyen ve dikdörtgensel bir şekle sahip olan bir kavite incelenmiştir. Daha sonra bu kavite geometrisi üzerinde çeşitli pasif kontrol yöntemleri kullanılarak oluşan gürültünün azaltılması hedeflenmiştir. Bu pasif kontrol yöntemleri, kavite duvarlarının (ön, arka) çeşitli değişkeleri, kavite öncesine dış kontrol cihazlarının yerleştirilmesi (spoyler, girdap üreteci), kaviteden geometrik değişkelerle pasif emme ve üfleme yapılmasının sağlanması ve bahsedilen pasif kontrol yöntemlerinden birkaçının birleştirilmesi olarak sıralanabilir. Tez kapsamında kavite araştırmaları sayısal bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi ile yürütülen sayısal analizler, açık kaynak kodlu bir yazılım olan OpenFOAM® ile yapılmıştır. OpenFOAM® yazılımının sıkıştırılabilir, dolaşık akışlar için tasarlanmış olan ve zamana bağlı çözümler elde edilmesini sağlayan basınç-tabanlı alt-çözücüsü rhoPimpleFoam kullanılmıştır. 3 boyutlu olarak yürütülen analizlerde, temel alınan kavitenin L/D oranı 5, W/D oranı 1 olarak belirlenmiştir. 0.508 metre uzunluğa, 0.1016 metre derinliğe ve 0.1016 metre genişliğe sahip olan kavite, 0.85 Mach serbest akış hızında ve yaklaşık 1x107 Reynolds sayısında incelenmiştir. Reynolds sayısı, kavite uzunluğu temel alınarak hesaplanmıştır. Yürütülen analizler için k-ω SST URANS dolaşım modelinin temel alındığı bir Ayrık Burgaç Benzetimi (ABB) olan k-ω SSTDES yöntemi kullanılmıştır. Zamana bağlı olarak yürütülen analizler, Courant sayısı biri geçmeyecek şekilde yaklaşık olarak 10-6 saniye zaman adımında yürütülmüştür. Bir taşınımsal zaman ölçeği, bir akış parçacığının kaviteyi boydan boya geçtiği süre olarak hesaplanmış ve analizler 50 taşınımsal zaman ölçeği süresince yürütülmüştür. Son 40 taşınımsal zaman ölçeğine ait verilerin ortalaması alınarak sonuç için saklanmıştır. Analizler süresince kavite tabanında 10 farklı noktada basınç ölçümleri yapılmış ve basıncın zamana bağlı profilleri oluşturulmuştur. Analizler, gereken hesaplama gücünün fazlalılığı, kullanılan hücre sayısının çokluğu ve çok fazla konfigürasyonun ele alınması sebebiyle paralel bir şekilde, 200-280 çekirdek kullanılarak gerçekleştirilmiştir.Elde edilen sonuçlar, gerek temel alınan temiz kavite ile gerek kendi aralarında karşılaştırılmıştır. Temiz kavite analizleri, doğrulama amacıyla deneysel veriler ve daha önce gerçekleştirilmiş olan sayısal çalışma verileri ile karşılaştırılmıştır. Temiz kavite konfigürasyonu için Rossiter modları olarak da adlandırılan akustik keskin tonlar deneysel ve teorik verilerle kıyaslanmış, yakın sonuçlar elde edilmiştir. Kavite içerisindeki boylamsal hız profilleri daha önceki sayısal sonuçlarla karşılaştırılmış ve benzer profiller yakalanmıştır. Kavite tabanındaki ortalama ses basınç tayf düzeyi (OASPL) dağılımı profili genel hatlarıyla yakalanmış fakat deneysel verilere göre ~5 dB daha fazla değerlerle karşılaşılmıştır. Bu durum, literatürdeki sayısal çalışmalarda da göze çarpmaktadır. Kavite çevresindeki akış, Mach, dolaşım yoğunluğu, OASPL gibi birçok yönden ortalamalar alınarak incelenmiştir. Zamana bağlı hız konturları sayesinde akışın salınımlı ve düzensiz yapısı ortaya konulmuştur. Anlık Q-kriteri eşyüzeyleri gösterilerek akışın üç boyutlu dönel kaotik yapısı sunulmaya çalışılmıştır. Kavite tabanındaki kontrol noktalarından alınan basınç verileri sayesinde basıncın zamana bağlı dolaşık salınım profilleri incelenmiştir. Kavite tabanındaki OASPL dağılımları hesaplanarak her bir konfigürasyonun yaptığı iyileştirmeler göz önüne serilmeye çalışılmıştır. Bu aşamadan sonra, pasif kontrol yöntemlerine ait incelemeler yapılmaya başlanmıştır.Kavite arka duvarının gürültü oluşumunda oynadığı rol düşünüldüğü zaman, en önemli iyileştirmelerin arka duvar geometrisinin değiştirildiği konfigürasyonlarda olması beklenmiştir ve nitekim öyle de olmuştur. Ayrıca, kavite önüne yerleştirilen spoyler tarzı cihazların sınır tabakanın hareketini değiştirip, bu tabakaya kavite hücum kenarından ayrıldıktan sonra bir yükseltme kazandırdığı ve kayma tabakasının arka duvarla etkileşimini azalttığı için gürültü oluşumunun azaltılmasında faydalı olduğu görülmüştür. Kavite arka duvarına 45° eğim verilmesi, oluşan akustik ses dalgalarını kavite dışına yönlendirdiği için kavite tabanındaki OASPL profilinde ortalama ~10 dB civarında iyileştirme sağlamıştır. Kavite önüne yerleştirilen spoyler ve girdap üreteci çalışmalarında ise yine benzer derecelerde iyileştirmeler sağlanmıştır. Arka duvar konfigürasyonları ile spoyler konfigürasyonlarının birlikte uygulandığı birleşik pasif kontrol yöntemlerinde ise yine ortalam 8-9 dB iyileştirmeler sağlanmıştır.Tez kapsamında, açık kaynak kodlu çözücülerin kullanılabilirliği ve kavite akışı gibi zorlu bir fiziğe sahip olan problemlerde gösterdiği başarı sunulmaya çalışılmıştır. Ek olarak, açık kaynak kodlu OpenFOAM® yazılımının, doğru paralleştirme ayarları ile yüksek hesaplama gücü gerektiren problemlerde uygun bir araç olabileceği gösterilmiştir. Cavity flows have been an interesting subject since 1950's when the studies on internal weapon bays were first conducted. Since then, numerous experimental, theoretical and numerical researches have been performed on the subject. Despite the simple geometry, cavity flows have a complex and unsteady flow physics behind. Besides internal weapon bays, cavity flows may also be encountered in wheel wells, car sunroofs and windows, and so on.A major problem that has been related to cavities is the generation of excessive noise and presence of severe pressure oscillations. In open cavities where the flow has the sufficient energy to bridge the cavity, a self-oscillation mechanism takes place. The flow that is separated from the cavity leading edge which forms a free shear layer along the cavity mouth region up until the cavity trailing edge, impinges on cavity aft wall and interacts with it, and eventually generates strong acoustic waves. These acoustic waves then travel upstream and interact with the vortices that formed because of the separation of the flow at cavity leading edge and with the free shear layer, resulting in an excitement of the flow. This feedback mechanism and acoustic interactions result in severe pressure oscillations, noise generation and vibration. Many studies conducted over time have shown that the aft wall of cavity, the main source of the sound, has non-negligible importance on these studies. In order to reduce the noise generated by cavity flows, numerous researches have been conducted over the years and continue to be done.The fundamental aim of this thesis is to examine and comprehend the physics of cavity flows and at the same time endeavouring the reduction of noise generation and minimization highly oscillatory behavior of the flow. The methods applied to reduce the noise generation in the cavity flows are divided into two as passive and active control methods. Active flow control methods require an energy input to the system whilst passive flow control methods require no such input. Making various changes to the cavity geometry or adding/subtracting some external devices to/from the cavity are some of the well-known methods that may be categorized as passive flow control methods. Considering that the passive flow control methods have a wider area of usage than passive flow control methods, they have been emphasized in this thesis.In the present thesis, firstly, a rectangular shaped cavity with no flow control mechanism is investigated. Following to that, various passive flow control methods such as reshaping cavity walls (front, aft walls), placing external devices to cavity upstream wall (spoilers, vortex generators), injecting/sucking flow passively to/from the cavity and combining some of the aforementioned methods are applied with the aim of reducing the noise generation. Within the scope of the thesis, cavity flow analyses are conducted numerically. Simulations were carried out with a Finite Volume Navier-Stokes solver of the open-source software OpenFOAM® (Open source Field Operation and Manipulation). The compressible solver of OpenFOAM®, rhoPimpleFoam is used. The rectangular shaped cavity geometry has L/D ratio of 5 and W/D ratio of 1. The length of the cavity is specified as 0.508 meters and the depth and the width as 0.1016 meters. Freestream Mach number is taken as 0.85 which corresponds to a Reynolds number of ~1x107 based on the cavity length. A Detached Eddy Simulation (DES) method based on the k-ω Shear Stress Transport (SST) Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) turbulence model is used throughout the simulations. Transient analyses were conducted for a Courant number of less than unity with a time step of ~10-6 seconds. One convective time scale (CTS) is calculated as the passage of a flow particle through the cavity length and analyses are carried out for 50 CTS. Data of last 40 CTS are stored and used for the result of mean values. Probes are placed to cavity floor at ten different locations to measure the pressure history. The simulations were carried out using 200-280 cores in a parallel manner. The high number of required computational power, large number of grids and great number of configurations have obligated the use of parallelization.Results of passive flow control methods are gathered and compared with both each other and with the original baseline cavity. Results of baseline cavity, that is named as clean cavity, are compared with the available experimental and numerical findings with the aim of validation. Discrete acoustic tones seen in cavity, called Rossiter modes, have been compared and similar results are found with the theoretical and experimental data. Mean longitudinal velocity profiles are compared with the available numerical data and satisfactory consistence is observed. Overall sound pressure level (OASPL) distribution on cavity floor was caught in general and the profiles are seen to be similar with a slight overprediction of ~5 dB than the experimental data. This overprediction is also seen in other numerical studies in the literature. Once the validation of the current model is obtained, passive flow control methods are analyzed. Considering the aft wall being the main source of the noise generation, aft wall configurations have proven to be useful in terms of noise reduction. Spoiler and vortex generators have also been found to be efficient since they lift or deteriorate the incoming boundary layer. Inclining the cavity aft wall by 45° has reduced the OASPL distribution on cavity floor by ~10 dB since this inclination diverts the pressure waves outside of the cavity and prevent the strong excitations of the flow. Combined passive flow controls -applied in this study- where aft wall modifications are implemented simultaneously with spoilers have also been effective at noise reduction.Results are also examined in terms of flow contours, isosurfaces and pressure histories. Mean contours of Mach, turbulence intensity, OASPL are inspected for and compared with each configuration. Instantaneous contours of flowfield are also given to provide a more detailed insight to unsteady nature of the cavity flow. Isosurfaces of Q-criterion colored by x-vorticity are presented to visualize the chaotic three dimensional behavior of the flow.Applicability and success of open-source software for such challenging flows have been investigated within the scope of this thesis. It is also shown the open source software OpenFOAM®, with proper parallelization settings, might be an appropriate tool for problems that require high computing powers. 138

Son yıllarda uçak ve uzay alanında gittikçe artan rekabet sebebiyle daha karmaşık tasarımların üretimi önem kazanmaya başlamıştır. Bu sebeple, henüz tasarım aşamasındayken ortaya çıkarılacak potansiyel ürünün aerodinamik performansının belirlenmesi için kullanılacak analiz yöntemlerinin daha güvenilir ve alternatiflerinden daha yüksek performans göstermesi beklenmektedir. Kullanılacak yöntem ve araçların, geometrik olarak oldukça karmaşık tasarımları mümkün olan en az kaynak ve zaman kullanarak istenilen hassasiyette çözüm verecek şekilde performans çıktılarına sahip olmaları beklenmektedir.Bir hava-uzay ürününün aerodinamik performansını ortaya çıkarmak için deneysel yöntemlere göre çok daha düşük maliyetli ve hızlı olan hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntem ve araçlarının tasarım aşamasında kullanımı günümüzde standart halini almıştır. Hesaplamalı Akışkanlar dinamiği kısaca HAD olarak isimlendirilir ve bir sonuç ortaya çıkarabilmek için hesaplama ağına ihtiyaç duyarlar. HAD yöntemlerin kullanılan ağlar kabaca yapısal ve yapısal olmayan ağlar olarak iki ayrı grup altında toplanabilir. Her iki ağında getirdiği avantajlar vardır. Örneğin, yapısal ağlar basit geometriler etrafında kolay ve hızlı bir biçimde üretilebilirler ve daha az kaynağa ihtiyaç duyarlar. Diğer taraftan yapısal ağların karmaşık tasarımlar için üretimi oldukça güç ve maliyetlidir. Karmaşık geometriler için yapısal olmayan ağların kullanımı daha uygundur ancak bu ağların üretimi sırasında daha yüksek kapasiteli sistemlere ihtiyaç duyulur ve hesaplama sırasında da daha fazla işlemci ve hafıza kullanımı gerektirirler.Benek, yapısal ve yapısal olmayan ağların getirdiği avantajları birarada kullanmak için overset grid (çok katmanlı ağ) yöntemini geliştirip geleneksel yöntemlere bir alternatif olarak 1983 yılında literatüre kazandırmıştır. Bu yöntemde, birbirleriyle herhangi bir sınırı paylaşmayan birden fazla yapısal ağ kullanılarak hesaplama bölgesi oluşturulmaktadır. Hesaplama sırasında farklı ağlar arasında bilgi geçişi interpolasyon aracılığıyla gerçekleştirilmektedir.Hesaplama maliyetleri ve zamanını düşürmek için elde edilen çözümü dikkate alarak hesaplama ağının iyileştirilmesi olarak tarif edilebilen adaptif ağ iyileştirme, HAD alanında kullanımı gün geçtikçe artan bir yöntemdir. Kullanılan hesaplama ağının iyileştirilmesinde çözüm alanaındaki büyüklüklerin kendisi, gradayanları veya sayısal hataların hesaplama bölgesindeki dağılımı dikkate alınabilmektedir.Bu tez çalışmasında, çok katmanlı bir ağ ile temsil edilen 2-boyutlu bir hesaplama bölgesinde adaptif ağ iyileştirme de yaparak çözüm üretebilecek bir algoritma geliştirilmiştir. Geliştirilen kod, etrafında hesaplamanın gerçekleştirileceği cisim etrafındaki yapısal ağın kullanıcı tarafından girdi olarak verilmesinden sonra, cisim de dahil olmak üzere bütün hesaplama bölgesi için dikdörtgen elemanlardan oluşan bir yapısal ağ üretir. Kod kullanıcı tarafından belirlenen iyileştirme oranına göre cisim yüzeyine yaklaştıkça dörtgen elamanları dört eşit küçük parçaya bölerek ağı iyileştirir. Bu sayede cismin yüzeyine yakın bölgelerde ortaya çıkan ani ve yüksek değişimlerin olduğu alanlar akışın gerektirdiği seviyede bir ağ kullanıarak temsil edilmiş olur.Herbir ağ hücresinin konumu ve durumu bu hücreye atanan bir tamsayı ile etiketlenir. Bu tamsayı 1 ile 3 arasında bir değer alabilir. Numara atama işlemi sırasında etrafında hesaplama yapılacak cismin içinde kalan hücreler listeden çıkarılır ve sınırlar en iyi şekilde temsil edilecek biçimde iyileştirmeler yapılır. Bu sayede herbir ağ için sınırlar belirlenmiş olur. Hesaplama sırasında hücrenin etiketine bakılarak uygun hesaplama şeması devreye sokulur. Uygun şemanın seçimini hızlandırmak için çoklu sayısal ağaç yapısı kullanımıştır. Bu yöntem, hücrelerinin konumunu sorgulayan kriterler kullanarak tasnif ve depolama yapmaya yarar. Bir hücrenin temas ettiği diğer hücreleri bulmak için çoklu sayısal ağaç üretilir. Ardından, sınırlayıcı kutu `bounding box` testi uygulanır. Eğer bu test olumlu sonuç verirse hücreler arasında temas olması ihtmali oldugu için hücre sıralamaya dahil edilir. Eğer sonuç olumsuz ise hücre listeden çıkarılır.Üst üste binen hesaplama alanlarını verimli kullanmak ve minimize etmek için Halo yöntemi olarak adlandırılan özgün bir metot kullanılır. Bu yöntemde, geometriyi saran ağ veya ağların kartezyen ağ üzerine iz düşümü alınır. Bu iz düşüm bölgesi interpolasyonun yapılabileceği minimum hücre sayısını sağlayacak şekilde kartezyen ağın sınırdan içeriye doğru hücre eksiltilerek iyileştirilmesi yeniden yapılandırılır. Bu sayede cisme yapışık ağ ile kartezyen ağ kesişiminde yer ile alan hücre sayısı minimize edilmiş olur. Kesişim bölgesindeki herbir ağın yapay sınırı diğer ağ hücreleri tarafından kuşatılmış biçimdedir. Bu sayede söz konusu hücreler için kullanılan interpolasyon şemasına uygun hücre grupları meydana getirilir ve buna interpolasyon şablonu denir. Kullanılacak interpolasyon şablonunun uygunluğu Newton-Raphson testi yapılarak belirlenir. Bu çalışmada, hesaplamalarda korunumsuz açık bir interpolasyon şeması kullanılmıştır.Bu tez çalışmasında, ağ iyileştirmede konformal olmayan H-tipi iyileştirme yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemde her bir hücre dört eşit alt hücreye bölünür veya dört eşit hücre birleştirilerek bir alt seviyedeki bir hücreyi meydana getirir. H-tipi iyileştirmede, dört kollu ağaç benzeri bir yapı kullanılarak veri yönetilmektedir. Temel seviyedeki ağa ait hücrelerin her biri bir ağaç ile temsil edilir. Her bir ağaca bir ağ iyileştirme kutusu olarak muamele edilir. Sayısal çözüm sırasında, her bir ağaç için bir fonksiyon kullanılarak iyileştirmeye ihtiyaç duyulup duyulmayacağını belirlemek üzere hesap yapılır. Fonksiyon akış alanındaki bütün hücrelere ait sayısal hatayı veya değişkenlere ait gradyan dağılımlarını dikkate alarak bir analiz gerçekleştirerek iyileştirme için bir eşik değeri tayin eder. Sonra, herbir hücreye ait değerlerin bu eşik değerini geçip geçmediklerine bakarak bu hücrelerin iyileştirme, durumunu koruma, veya eski haline geri dönme sürecine dahil olup olamdığına karar vererek bu hücreleri uygun biçimde işaretler. Ardından bu bilgileri kullanan dört-kollu ağaç yapısı veri tabanında gerekli değişiklikler yapılarak ağ iyileştirilir. Eski ağ üzerinde elde edilen çözüm yeni ağa aktarıldıktan sonra yeni ağ üzerinde hesaplamalar devam edilir.Dört kollu ağaç yapısında oluşan ağlarda iki farklı birleştirme yöntemi kullanılmaktadır. Bu yöntemlerin ilkinde, aynı ölçekte olan hücreler daha büyük bir dörtgen yapı oluşturacak şekilde birleştirilirler. Mümkün olan en az sayıda dörtgen elde etmek için de en zayıf iniş `weakest descend` yöntemi kullanılır. Farklı ölçekte hücrelerden meydana gelen dörtgen yapılar arasında bu yöntem interpolasyon gerektirir. Bu yöntem aynı seviyedeki hücrelerden her zaman dörtgen bölgelerin oluşturlmasının mümkün olmaması, özel veri yapısına ihtiyaç duyulması, yüksek hafıza gereksinimi ve pahalı hesaplama yükü sebebiyle her zaman avantajlı değildir. Bu sebeple bu çalışmada ikinci yöntem tercih edilmiştir. Bu yöntemde, aynı seviyedeki ağlardan ouşan bölgenin sınırındaki hücreler doğrudan olarak komşu ağların sınırındaki hücrelere bağlanırlar. Bu sayede interpolasyon kaullanımından doğabilecek hata ortadan kaldırılmış olur. Buna ek olarak bu yöntem hesaplama yükü ve hafıza gereksinimi bakımından ilk yöntemden daha az maliyetlidir.Bu tez çalışmasında, yukarıdaki paragraflarda detayları verilmiş olan yaklaşımlar kullanılarak C++ programlama dilinde iki boyutlu bir Navier-Stokes çözücüsü geliştirilmiştir. Bu çözücü, keyfi cisimler etrafında sesüstü akış problemlerin modellenmesinde kullanılabilmektedir. Çözücü Van leer akı ayırma şeması kullanmakta olup zamanda ve uzayda sırasıyla bir ve ikinci mertebe doğruluğa sahiptir. Geliştirilien çözücü kullanılarak silindir etrafında Mach=2.9 akışı modellenmiş elde edilen sonuçlar deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Silindir etrafındaki basınç katsayısı dağılımı farklı ağ iyileştirme yaklaşımları için karşılaştırılmış olup elde edilen sonuçlar için yapılan değerlendirmelerin bundan sonraki kod geliştirme çalışmalrına katkı sağlayabileceği düşünülmektedir. A 2D robust overset grid based adaptive mesh refinement algorithm is developed. Multiple meshes covering a complex geometry's surface are provided by the user. Using a quad tree data structure, a Cartesian mesh is generated to cover the domain and envelop the geometry. Each mesh's cells are given computational states that define how the flow properties are updated during the computational run. The computational states are then redefined according to the cells' spatial locations thereby generating a hole establishing ground and artificial boundaries between the meshes. Alternating digital tree approach is used to efficiently query spatial locations. The overlapping zones of the Cartesian mesh are optimized by generating a halo over the geometry then retracting the Cartesian mesh to the halo borderline. The meshes are explicitly interconnected using a non-conservative interpolation scheme which is second order in spatial accuracy; bilinear interpolation. The Adaptive mesh refinement is H-type where the governing data structure is a quad tree. The quad tree generated and refined according to the spatial proximity of its nodes to the geometry's surface. The tree nodes are then used to generate meshes of a given elementary resolution. These meshes are then interconnected using the interpolation scheme in order to establish connectivity thus forming the Cartesian mesh over the domain. During the computational run, a function, called the sensor function, is used to evaluate the severity of the gradients or numerical error at every node position. The quad tree is then reshaped and balanced in terms of resolution level by comparing the sensor function output to a threshold range. The new volume mesh is regenerated and the solution is remapped onto it from the old Cartesian Mesh. The algorithm is integrated to a C++ In-house 2D external supersonic viscous flow finite volume method solver that is second order in time and first order in space where the face reconstruction is based on Van Leer flux splitting scheme. 103

Son zamanlarda atmosfer içerisinde hipersonik hızlara ulaşabilen uçak, roket vb. araçların geliştirilmesi için yoğun çalışmalar gerçekleştirilmektedir. Yüksek hızlarda şok dalgası etkileşimleri yapısal zararlar verebilecek yüksek ısınmalara sebep olduğundan bu tür araçların tasarımında karşılaşılan zorlukların en önemlilerinden birisidir. Bu çalışmada, hipersonik hızlardaki akışlarda karşılaşılan şok-şok ve şok-sınır tabaka etkileşimleri, bu etkileşimlerden kaynaklanan yüksek ısı transferi Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemleriyle incelenmiştir. Tez kapsamında literatürde deney sonuçları yer alan ve hipersonik araçların birçok elemanında görülen iki açılı rampa geometrisi kullanılmıştır. İlk olarak, iki rampa açısının sabit olduğu bir durumda sürtünmesiz, laminer ve türbülans modelleriyle analizler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar deney ve diğer hesaplamalı çalışmalarla karşılaştırılarak hangi akış modelinin gerçeğe en yakın sonuç verdiği tespit edilmiştir. Daha sonra iki ve üç boyutlu hesaplama ağı kullanılarak laminer bir akış için iki açılı rampa geometrisinin ilk açısı sabit tutulup ikinci açısı parametrik olarak değiştirilmiştir. Farklı ikinci rampa açıları için kısa ve uzun dönemde akışın fiziği anlaşılmaya çalışılmış, rampa yüzeylerinde oluşan yüksek basınç ve sıcaklık değişiklikleri değerlendirilmiştir. Bu çalışmanın literatüre en önemli katkılarından birisi, hipersonik hızlarda ulaşılan deney sürelerinin sonrasında hesaplamalı sonuçların akışın zamana göre periyodik olduğunu göstermesidir. İlk olarak, hesaplama modeli ve çözücünün doğruluğunu tespit edebilmek için iki boyutlu hesaplama alanında iki açılı rampa geometrisi üzerinde sürtünmesiz, laminer ve türbülanslı akış modelleri için zamana bağlı HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. Hesaplamalar açık kaynak kodlu bir sonlu hacimler yazılımı olan OpenFOAM ile yapılmıştır. Birçok farklı çözücü barındıran OpenFOAM yazılımı içerisinde yoğunluk temelli bir Navier-Stokes çözücüsü olan rhoCentralFoam kullanılmıştır. rhoCentralFoam çözücüsü zamanda ve uzayda sırasıyla 1. ve 2. mertebe doğruluğa sahip olup Kurganov ve Tadmor'un merkezi upwind şemalarını kullandığı için akış alanındaki şok ve benzeri süreksizlikleri salınımsız temsil edebilmektedir. Gazın termodinamik özelliklerini sıcaklığa bağlı olarak modellemek için 7 katsayılı NASA termodinamik bağıntıları kullanılmıştır. Seçilen iki açılı rampa geometrisi etrafında bu çözücü yardımıyla elde edilen sonuçlar deney ölçümleri ve başka hesaplamalı çalışmalarla karşılaştırılarak hem hesaplama modeli hem de çözücü doğrulanmıştır. Ayrıca bu çalışmanın dışında deney verisi bulunan farklı açılara sahip başka bir rampa geometrisi için de çözücü doğrulama çalışması yapılmıştır. Bu doğrulama çalışması sonucunda laminer akış kabulünün deney ölçümleriyle en tutarlı sonuçları verdiği tespit edilmiştir. İkinci olarak, iki açılı rampa geometrisinin ilk rampa açısı sabit tutulmuş, ikinci rampa açısı θ2=40° ile 60° arasında 5° aralıklarla sistematik olarak değiştirilmiştir. Düşük entalpiye sahip iki boyutlu bir akışta farklı θ2 açıları için ortaya çıkan şok etkileşim mekanizmaları, akışın fiziği ve ısı geçişinde meydana gelen değişimler t=327 µs için Mach konturları ve yüzey üzerindeki ortalama ısı akısı dağılımları yardımıyla incelenmiştir. İkinci rampa açısı arttıkça yay (BS) ve üçlü noktadan ikinci rampa yüzeyine doğru ilerleyen şok (TS) dalgalarının güçlendiği, ayrılma bölgesinin hücum kenarına doğru genişlediği, çok sayıda yeni şok dalgasının oluştuğu ve daha geniş bir alanda etkili ısınmalar olduğu gözlenmiştir. Şok etkileşim mekanizması olarak, sadece Edney Tip V ve onun oluşum aşamaları görülmüş ve θ2=50°, 55° ve 60°'de akımın daimi olmadığı gözlenmiştir. TS'nin çarpma açısı ve şiddetinin, TS'nin çarptığı noktada oluşan ayrılma baloncuğunun boyutlarını belirlediği ve diğer yandan ayrılma baloncuğu büyüklüğünün de BS'nin durma mesafesi ve dolayısıyla TS'nin şiddetini değiştirdiği gözlenmiştir. Yani bu iki mekanizma rampa yüzeyi üzerinde sınır tabaka ve BS arasında iki yönlü bir döngü oluşturmuştur. TS çarptığı noktada ters basınç gradyanına sebep olmuş, bu bozuntuların sınır tabaka içerisinde akımüstüne doğru yayılması ise θ2 açısı arttıkça karmaşık ve daimi olmayan bir akışı tetiklemiştir. Bunlara ek olarak, bu döngünün oluşabilmesi için θ2 açısı için bir eşik değeri olduğu ve bu değerin θ2=45°- 50° arasında yer aldığı tespit edilmiştir. Önceki bölümde t=327 µs için değerlendirilen sonuçlardan sonra aynı problem bu sürenin 50 katına kadar süren uzunluklarda analiz edilerek akış alanı içerisinde periyodik bir değişim olma ihtimali araştırılmıştır. Önceki bölümde tespit edilen iki yönlü döngüdeki eşik değerini bulmak için θ2=45°- 50° arası 1° aralıklarla uzun dönemli çözülmüş ve eşik değerinin θ2=47° olduğu tespit edilmiştir. Bundan sonra ikinci rampa açısı θ2=50° ile 60° arasında 5° aralıklarla anlık ayrılma açısı, ayrılma şoku (SS) ve TS'nin anlık konumu, farklı istasyonlardaki anlık basınç ve ısı akısı takip edilmiş, yoğunluk gradyan ve girdap yapılarını görselleştirmede yardımcı olan Q kriteri konturlarıyla şok etkileşim mekanizması ve akış fiziği tarif edilmiştir. Uzun dönemli sonuçlar, θ2=47° eşik değeri altında iki açılı rampa üzerindeki akışın daimi olduğunu, bu eşik değerinin üzerinde ise akışın zamana göre periyodik olduğunu göstermiştir. θ2 açısı arttıkça akış alanı içerisinde şu değişiklikler gözlenmiştir: rampa köşesi civarında girdap sayısı artar, hücum kenarından ayrılma noktasına olan mesafe kısalır, ayrılma bölgesi kalınlaşarak uzar ve TS'nin rampa yüzeyine çarpma süresi kısalır. Elde edilen sonuçlar θ2=60°'nin periyodik akış için bir limit olduğunu göstermiş ve zamana göre periyodik davranış ile ikinci rampa uzunluğu arasında bir ilişki bulunabileceği belirtilmiştir. Son olarak, akışın iki boyutluluğunu koruyup korumadığı ve üç boyutluluğun getirdiği etkilerin incelenmesi için üç boyutta θ2=55° için analizler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen üç boyutlu sonuçlar t=327 µs için deney ve başka hesaplamalı çalışmalarla karşılaştırılmış ve iki boyutlu hesaplama alanından elde edilen sonuçlarla arasındaki farklar değerlendirilmiştir. İki ve üç boyutlu sonuçların ikisinde de akışın daimi olmadığı görülmüştür. Hem iki hem de üç boyutlu sonuçlar için yoğunluk gradyan konturları analiz süresinin başlarında Schlieren görüntüleriyle birebir örtüşmektedir. Ancak ilerleyen zamanlarda üç boyutlu sonuçlardaki yoğunluk gradyan konturları Schlieren görüntülerinden uzaklaştığı gözlenmiştir ve sebebinin üç boyuttaki rahatlama etkileri olduğu gösterilmiştir. İki ve üç boyutlu ısı akısı dağılımları karşılaştırıldığında, üç boyutlu sonuçların deney ölçümleriyle daha uyumlu olduğu fakat TS çarpma noktasının akımaltına doğru kaydığı gözlenmiştir. Üç boyutlu sonuçların yer aldığı bölümde θ2=55° değerlendirmesinden sonra, iki açılı rampa geometrisi önceki bölümlerde olduğu gibi ikinci rampa açısı θ2=45° ile 60° arasında 5° aralıklarla değiştirilmiştir. İki boyutlu sonuçlara benzer olarak, θ2=50°, 55° ve 60°'de akımın daimi olmadığı gözlenmiştir. İki ve üç boyutlu sonuçlar karşılaştırıldığında aralarında şu değişiklikler gözlenmiştir: θ2=45° açısında bütün anlarda hemen hemen aynı şok yapıları görülürken θ2>45° açılarında sadece yaklaşık ilk 100 µs'de aynı şok etkileşim mekanizmaları görülmüş, θ2=50° açısında 150 µs sonrasında SS ve BS'nin konumları iki boyutlu sonuçlara göre akımaltında kalmış, θ2 açısı arttığında bu iki şok dalgasının iki ve üç boyutlu sonuçlardaki konumları arasındaki mesafe daha da artmıştır. Bu sebeple, θ2=55° ve 60°'de TS çarpma noktasının konumu iki boyutlu sonuçlara göre önemli ölçüde farklılaşmıştır. İki boyutlu sonuçlarda ayrılma bölgesi içerisinde ayrılma balonlarından dolayı birçok ek şok dalgası oluşurken üç boyutlu sonuçlarda daha az ayrılma baloncuğu ve bu ayrılma baloncuğu kaynaklı daha az şok dalgası oluştuğu gözlenmiştir. θ2=45° haricinde bütün θ2 durumlarında akış tamamen üç boyutludur. Üç boyutlu rahatlama etkisi sebebiyle bütün θ2 açılarında rampa kenarlarına doğru BS'nin akımaltındaki sesaltı bölgenin küçüldüğü, SS'nin akımaltına doğru çekildiği, ayrılma bölgesinin akımaltına doğru daraldığı ve inceldiği ve TP'nin rampa yüzeyine doğru yaklaştığı gözlenmiştir. Özellikle θ2=55° ve 60°'de TS'nin çarpma hattında ayrık yapılar oluşturan akımaltına doğru uzanan Görtler tipi girdapsı yapılar tespit edilmiştir. En yüksek sıcaklıklar TS'nin çarpma hattında meydana gelirken Görtler tipi girdapsı yapılar θ2=55° ve 60°'de TS çarpma hattındaki yüksek ısınmaların akımaltı veya akımüstüne doğru taşınmasına neden olmaktadır. Özetle, üç boyutlu hesaplama alanından elde edilen sonuçlar, özellikle θ2=55° ve 60°'de görülen akışların daimi olmayan, Görtler tipi girdapsı yapıların yer aldığı üç boyutlu doğasını ortaya çıkarmıştır. Sonuç olarak, ikinci rampa açısı arttıkça karmaşık ve daimi olmayan bir akışı tetikleyen sınır tabaka ile BS arasındaki iki yönlü bir döngünün olduğunu ortaya çıkarması bu çalışmanın literatüre sağladığı ana katkılardandır. Ayrıca bu döngünün oluşabilmesi için bir eşik değerinin olduğu, bu eşik değerinin de θ2=47° olduğu tespit edilmiştir. Literatüre yapılan katkıların en önemlilerinden birisi de hipersonik hızlarda ulaşılan deney sürelerinin sonrasında hesaplamalı sonuçların akışın zamana göre periyodik olduğunu göstermesidir. Görülen zamana bağlı periyodik hareketin hipersonik bir araç tasarımında kısıtlayıcı bir faktör olabileceği ve bu sebeple bu çalışmanın bulgularının hipersonik hava araçlarının tasarımında dikkate alınmasını önemli kılmaktadır. Literatüre yapılan katkıların bir diğeri de üç boyutlu akışlarda tespit edilen Görtler tipi girdapsı yapıların yüksek ısınma bölgelerini akımaltına veya akımüstüne taşıyabilmeleridir. Bu sonuç, yüksek hızlı araçların tasarımında akış içerisindeki girdap yapılarının tespit ve takibinin yapılmasını önemli hale getirmektedir. Recently, comprehensive studies have been carried out for developing hypersonic vehicles like aircraft, rockets, etc. in the atmosphere. Shockwave interactions are one of the most important challenges in designing such vehicles because of the high surface heating that can change the aerodynamic characteristics of the vehicle at high speeds. In the present study, shock-shock and shock-boundary layer interactions and high heat transfer rate resulting from such interactions are investigated by using Computational Fluid Dynamics (CFD) methods. In the context of the thesis, a double wedge geometry which is one of the commonly used generic geometries is chosen to compare with the experimental results in the literature. At first, the analyses in a case where constant angles of the double wedge are rigorously performed with different flow models. The obtained results are compared with experimental and other computational studies and it is determined that what flow model give accurate results. Next, the first angle of the double wedge is fixed and second angle is parametrically changed for a laminar flow in two- and three-dimensional computations. The flow physics is tried to recognize in a short- or long-term for various angles of the second wedge, and the high pressure and temperature changes on the surfaces of the double wedge are examined. One of the most significant contributions of the study to the literature is to show that the flow is time periodic after the experimental periods reached today at hypersonic speeds.First, in order to validate the computational model and solver, CFD analyses are carried out for inviscid, laminar and turbulence models in an unsteady two-dimensional flow over the double wedge geometry. The computations are performed using OpenFOAM software, which is an open-source CFD solver based on finite volume method. One of the solvers of OpenFOAM, rhoCentralFoam is a density-based Navier-Stokes solver. The solver is first and second order accurate, respectively, in time and space. The solver can capture contact discontinuities and shock waves such as strong discontinuities in the flow field without oscillation since Kurganov and Tadmor's central upwind scheme is used. A 7-coefficient NASA thermodynamics relation is used to model gas thermodynamic properties depending on the temperature. Both the computational model and the solver are validated by comparing obtained results to experimental measurements and other computational studies. In addition, solver validation study is examined for a different double wedge geometry which has experimental data. Regarding the results of validation study, it can be said that the assumption of the laminar flow is the most accurate approach when compared to the experimental measurements. Second, the first angle of the double wedge is kept constant and the second wedge angle is systematically changed from θ2=40° to 60° with 5° intervals. Shock interaction mechanisms for different aft angles in a two-dimensional low enthalpy flow, flow physics and variations in the heat transfer are investigated for t=327 µs by means of Mach contours and average heat flux distributions on the surface. It is observed that as the second ramp angle increases, the bow (BS) and transmitting (TS) shocks propagating from the triple point to the aft wedge strengthen, the shear layer extends towards the leading edge and numerous new shock waves occur. Edney Type V and its early stages are only observed as the shock interaction mechanism and the flow is not steady for the cases with θ2= 50°, 55° and 60°. It is observed that intensity and impingement angle of TS dictate the size of the separation bubble at TS impingement point. On the other hand, separation bubble size affects standoff distance of BS and thereby the intensity of TS. That means these two mechanisms create a two-way coupling between BS and the boundary layer on the ramp surface. The adverse pressure gradient caused by TS propagates upstream through the subsonic boundary layer and that triggers complex and unsteady flow as the angle of the θ2 increases. In addition, the results show that there is a threshold value and the value is in the range of θ2= 45° - 50° for two-way coupling mechanism.Moreover, the presence of time periodicity is investigated by performing computations up to 50 times the duration of the former two-dimensional flow (t=327 µs). In order to find the threshold value for two-way coupling mechanism, the cases with θ2=45° - 50° is solved 1° intervals for the long-term and it is determined that the threshold value is θ2=47°. Then, the aft angle is changed from θ2=50° to 60° with the intervals of 5°. The shock interaction mechanism and flow physics are described by tracking of instantaneous separation angle, instantaneous locations of separation shock (SS) and TS, temporal variations of pressure and heat flux at several stations and with the help of density gradient and Q contours that visualize the vortex structures. The long-term computations show that the the flow over the double wedge is steady under θ2=47° threshold value. Otherwise, the flow becomes time periodic beyond the threshold value. As the aft angle increased, the distance from the leading edge to separation point shortens, number of the vortices increases near the compression corner, separation region gets longer and thicker and duration of the TS's impingement on the aft wedge shortens. The obtained results indicate that the case with θ2=60° might be a limit for time periodic flow and there can be a relation between the time periodicity and the length of the second surface. Finally, the case with θ2=55° is first performed in three-dimensional computational domain in order to examine three-dimensional effects and whether the flow preserves two-dimensionality. The obtained three-dimensional results are compared with the experimental and computational studies for t=327 µs and the differences between the results obtained from two-dimensional computations are also examined. For both two- and three-dimensional results, the density gradient contours correspond to the Schlieren images from the experiment at the beginning of the simulation. However, the density gradient contours in three-dimensional results are moving away from Schlieren images in the subsequent instants. It is shown that this situation is due to three-dimensional relaxation (or relieving) effects. The surface heat flux distributions for three-dimensional simulation match the experimental measurements better than two-dimensional results, but impingement point of TS is observed to slip downstream direction according to two-dimensional results. After the assessment of the case with θ2=55° in the chapter of three-dimensional results, the aft angle is changed from θ2=45° to 60° with 5° intervals as in the previous chapters. As in the case of two-dimension, the flow is not steady for the cases with θ2=50°, 55° and 60°. The comparison of two- and three-dimensional results shows the following discrepancies: while almost the same shock structures are observed in the case with θ2=45° for all instants, same shock structures are only identified at about the first 100 µs in the cases with θ2>45°. When θ2 is increased, the distance between of SS and BS in three-dimensional simulation get longer with respect to two-dimensional simulation. Therefore, the location of the impingement point of TS in the case θ2=55° and 60° is significantly different from two-dimensional results. While there are several additional shock waves due to separation bubbles in the separation zone of two-dimensional simulation, less separation bubble and less related shock waves are observed in three-dimensional simulation. In all θ2 cases except for the case with θ2=45°, the flow is truly three-dimensional. Due to three-dimensional relaxation effect, in the spanwise direction from mid-span to sides, BS gets weaker, where the subsonic region is smaller, SS moves towards compression corner and separation region gets narrower and thinner over the surfaces for all the cases with θ2. Triple point also approaches the double wedge surfaces. Especially in the cases with θ2=55° and 60°, distinct striations, which are the characteristic sign of the presence of Görtler-like vortices, at the impingement lines of TS in spanwise direction (or at reattachment) are observed within the flow. Görtler-like vortices cause the highest heating at the TS impingement point to move upstream or downstream direction over the wedge surfaces. In brief, obtained results from three-dimensional computations reveal that the flow is unsteady and has three-dimensional nature including Görtler-like vortices. In conclusion, a two-way coupling between BS and the boundary layer on the ramp which triggers complex and unsteady flow as the angle of θ2 is increased is the major contributions to the literature. Moreover, it is determined that there is a threshold value for the two-way coupling and that value is θ2=47°. A notable contribution to the literature is to show that the flow is time periodic after the experimental periods reached today at hypersonic speeds. The time-periodic motion can impose a limiting factor in the design of a hypersonic vehicle. From this point of view, taking the findings of this study into account can be important in the design stage of such vehicles. Another of the literature contributions is that Görtler-like vortices, which are detected in three-dimensional computations, have the ability to transport high heating areas towards upstream and downstream. In the view of these results, detection and tracking of the Görtler-like vortices can be crucial in the design of the hypersonic vehicle. 182

Baca gazı kükürt giderme sistemleri, enerji santrallerinin kurulumu sırasında veya santral kurulumu sonrasında değiştirilen çevre düzenlemelerindeki gerekli şartları sağlayamadıkları için yapılmaktadır. Türkiye'de kömür, ana enerji kaynağı olduğundan pek çok enerji santrali kömür-rezerv bölgelerinde kurulmuştur. Enerji santralleri kurulurken, farklı küresel şirketler tarafından birçok FGD sistemi de inşa edildi. Baca gazının çevreye salınımdan önce temizlenebilmesi için şirketler kendilerine özgü FGD teknolojilerine sahiptir. Bu teknolojiler sürekli geliştirilerek yapılan patent başvuruları ile de korunma altındadır. Babcock & Wilcox, Lenthes Bischoff GMBH, Mitsubishi Heavy Industires ve Noell-KRC Umwelttechnik GMBH şirketleri 1990'larda Kemerköy, Yatağan, Afşin ve Orhaneli enerji santralleri inşa ettikleri bilinen FGD şirketleridir. Bu santrallerin güçleri 210 MW-360 MW arasında değişmektedir.Günümüze kadar çok sayıda enerji santrallerinde gaz yıkayıcı kolon sistemleri kurulmuş olsa da, hala davranışını doğru tahmin edecek bir uygulama mevcut değildir. Bu çalışmanın zorluğu, kolon içerisindeki akışın ayrıntılı çalışılarak optimum kolon tasarımın gerçekleştirilmek istenmesidir. FGD sistemlerinin tasarım isterleri arasında, baca gazının yüksek (%90 ve üzeri) oranlarda temizlenmesi yani maksimum kükürt giderim verimi ve minimum basınç düşümü önceliklidir.Bu tezde baca gazı kulesinin nümerik modeli gerçek ölçekli bir enerji santraline uygulanmış ve kolon performansı araştırılmıştır. Yapılan sayısal analizlerin sonuçlarını karşılaştırmak için bazı tasarım faktörleri belirlenmiştir. Bunlar (1) sprey seviyesi eklenmesi, (2) Babcock & Wilcox tarafından patentlenen tepsi gibi delikli levhanın tanımlanması ve (3) kolon duvarından dolayı baca gazı veya bulamaç sıvısı sızıntılarını azaltmak için bir halka yerleştirilmesidir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) tekniklerinin gelişmesi ve hesaplama gücünün artması ile FGD sistem tasarımlarında da sayısal analizler günümüzde çokça kullanılan yöntemlerden biri haline gelmiştir. HAD analizi sonucunda, detaylı akış alanı tahmini değerlerine ulaşılır ve bu akış dinamiklerinin daha iyi anlaşılmasını sağlar. Tezin giriş bölümünde verilen literatür araştırmasında, sayısal modelleme ile yapılan çalışmaların yanı sıra laboratuvar ölçekli test sistemleri ve matematiksel modelleme çalışmalara yer verilmiştir. Literatürdeki FGD sistemleri üzerine yapılan çalışmalar araştırılarak tez içeriğinde referans olarak verilmiştir.Fiziksel sistem ve basitleştirmeler bölümünde FGD sisteminin modellenme aşamaları başlıklar halinde verilmiştir. Özetleyecek olursak, modelleme adımları sırasıyla şu şekildedir: geometri oluşturmak, akış hacmi çıkartmak, akış hacminin sonlu elemanlara bölmek yani çözüm ağı oluşturmak ve model tanımlamaya hazır hale gelen geometride gerçekleştirilmek istenen analize uygun basitleştirmelerde bulunup sınır şartları da verilerek çözdürülür. Baca gazı sisteminin modelleme adımları da bu verilen sıralama da olmuştur.FGD sistemi, kolon geometrisi ve sprey seviyelerindeki borulamalar öncelikli olarak Siemens NX CAD program yardımıyla oluşturulmuştur. Sprey seviyeleri geometrideki basitleştirme nedeniyle yüzey olarak modellenmiştir. Hazırlanan geometri Ansys-SpaceClaim programına aktarılarak gerekli tanımlamalar yapılmış ve Ansys-Meshing programına gönderilmiştir. Ansys-Meshing de uygun olacak büyüklükte çözüm ağı oluşturulmuş ve sınır şartlarının tanımlamasında gerekli yüzeyler isimlendirilmiştir. Modelleme ve çözücü olarak kullanılan Fluent programında açılan çözüm ağında gerekli tanımlamalar yapılarak çözüm sonrasında sonuçlar alınmıştır.Literatürden edinilen bilgiler ile baca gazı kükürt arıtma sistemi kabul edilen bazı basitleştirmeler ile enerji santrali ölçeğinde modellenmiştir. Bu basitleştirmeler, püskürtülen damlacıkların yoğunluğunun baca gazına oranla çok daha büyük olduğu ve bunun sonucu olarak da diğer kuvvetlerin sürüklenme kuvvetinin yanında ihmal edebileceğidir. Damlacıklara etki eden sürüklenme kuvveti hesabında ise damlacıkların küresel formda olduğu kabul edilen yaklaşım kullanılmıştır. Aynı zamanda baca gazı ile iki-yönlü etkileşim gerçekleştirdiği diğer bir kabul olmuştur. İki fazlı akış için Euler ve Lagrange yaklaşımları matematik modellemede genellikle kullanılır. Lagrange yaklaşımın avantajı, damlacıkların özellikleri (çap, yoğunluk, vs.) birbirlerinden farklı olabilmesidir. Bu çalışmada da Euler-Lagrange yaklaşımı bu sebeplerden ötürü kullanılmıştır. Gaz fazı Euler olarak tanımlanırken, püskürtülen damlacıklar Lagrange yörünge yaklaşımı ile ayrık faz olarak modellenmiştir.Ayrık fazın modellenmesi ayrıntı olarak gerçekleşmektedir. Özellikle çalışılan model ölçeğinde çok fazla püskürteç olduğundan, toplamda 460 adet, her bir püskürtecin koordinat bilgisi ve özellikleri ile birlikte tanımlanması gerekmektedir. Bu işlem için MATLAB programı ve püskürteç özelliklerinin tanımlandığı Excel dosyası kullanılmıştır.Damlacıkların kolon duvarına çarptıktan sonra nasıl davranacağı modele eklenen UDF kodu ile yönetilmiştir. Duvara çarpan her bir damlacık geliş açısı ve hızı kullanılarak yansıma açısı ve hızı hesaplanır. Bu hesaplamalarda referans olarak Weiss ve Wieltsch'ın nümerik ve test çalışmaları alınmıştır. Öncelikle püskürteçler çalıştırılmadan analiz edilerek gaz fazı için yakınsama sağlanmıştır ve bunun sonuçları karşılaştırma yapılabilmesi için verilmiştir. Gaz fazı yakınsadıktan sonra ayrık faz zamana bağlı parçacık takibi ile birlikte aktif edilmiştir.Soğutucu bölge ve ikinci bölgedeki püskürteçler tüm analizlerde çalıştırılmışken, genellikle santrallerde yedek olarak bırakılan birinci seviyedeki püskürteçler tek bir analiz şartında çalıştırılmıştır.Tepsi modellenirken gözenekli-atlama sınır şartı tepsinin konumlandırıldığı yüzeyde uygulanmıştır. Gözenekli atlama için gerekli katsayılar literatürde %50 açıklık oranındaki delikli-plaka değerleri ve plaka üzerinde tahmini olarak birikecek bulamaç yüksekliği değerleri girilmiştir. Geometriye yüzük eklenmesi ise model geometrisinde yüzük yüzeyi oluşturularak, bu yüzeye duvar sınır şartı tanımlanmıştır.Son iki bölüm olan sonuçlar ve yorumlar bölümde ise, her bir analiz sonucu hız ve basınç figürleri ile birlikte verilmiş ve karşılaştırmalı grafikler ile tasarım faktörlerinin etkileri özetlenmiştir. Bu bölümlerden tepsideki basınç düşümünün baca fazı akışını düzeltici etkisi olduğu görülmektedir. Ancak bu basınç düşümü işletme maliyetlerini artıracaktır. Baca gazı kükürt arıtma sistemlerinin kükürt arıtma veriminin düşmesi özellikle kolon duvarlarında savuşan gaz neden olmaktadır. Duvar bölgelerine yakın püskürteç konulamaması ve püskürülen bulamacın duvardan akıp gitmesi verimsizliğe sebep olmaktadır. Bu sebeple önerilen tasarıma yüzük eklenmesi analiz sonuçlarından da açıkça duvara yakın bölgelerde hızlanarak kükürt giderimi olmadan kaçan baca gazının kolon merkezine doğru toparlayarak bulamaç ile buluşmasına yardımcı olur.Ek kısmında baca gazı sistemlerinde modelleme öncesinde yapılabilecek basit uygulamalar verilmiş ve kullanılan UDF kodu ile sonuç olarak alınan fakat raporda grafik olarak verilen değerler paylaşılmıştır. Ayrıca bu çalışmada konik püskürteç tanımlandığı için, ayrıntılı olarak konik püskürteç için tanımlanması gereken parametreler açıklamaları ile birlikte Ansys Fluent Kullanıcı dokümanından özetle aktarılmıştır. Flue gas desulphurization system is designed by many companies for power plant system due to the environmental regulations. As coal is the main energy source, many power plants were built in coal-reserve areas of Turkey. Besides the plants were built, many FGD systems were also built by different global companies. Every company has its own FGD technology to clean the gas before releasing from the flue. These technologies are developed and protected by patent applications. The Babcock & Wilcox Company, Lenthes Bischoff GMBH, Mitsubishi Heavy industries and Noell-KRC Umwelttechnik GMBH are well-known FGD companies which they were built Kemerköy, Yatağan, Afşin and Orhaneli power plants in the 1990s. These plants powers are various from 210 MW to 360 MW. FGD systems have been installed in as many power plants as ever, but there is still no method to accurately predict their behavior. It is desired to study the flow in the column in detail to achieve optimum column design, which is its difficulty. Among of FGD systems design requirements, cleaning of flue gas at high (90% and above) rates, maximum desulphurization and minimum pressure drop, is a priority. In this thesis numerical model of the flue gas tower is applied to a real scale power plant and investigate the performance of the column. Some design factors are selected to compare the results. These are (1) adding spray level, (2) integrate perforated plate, like Babcock & Wilcox patented tray and (3) putting a ring to reduce leaks either flue gas or slurry liquid due to the column wall. Numerical analyses in FGD system designs have become one of the most widely used methods today due to the development of computational fluid dynamics (CFD) techniques and increase in computational power. As a result of the CFD analysis, detailed flow field estimates are obtained, and this provides a better understanding of dynamics. In the literature review given in the introduction part of the thesis, besides numerical modeling studies, laboratory scale testing and mathematical modeling studies were included. Studies on FGD systems in the literature have been investigated and referenced in the thesis content.In the section on physical systems and simplifications, the modeling steps of the FGD system are given in titles. To summarize, the modeling steps are respectively solved by creating the geometry, extracting the flow volume, dividing the flow volume into the finite elements, meshing, and the geometry that is ready for model definition. Modeling steps of the flue gas system have also been given in this order.The FGD system, the column geometry, and piping in the spray levels were primarily created with Siemens NX cad program. Spray levels are modeled as surface due to simplification of the geometry. The prepared geometry was transferred to Ansys-SpaceClaim program and necessary definitions were made and sent to Ansys-Meshing program. Appropriate size meshing was created and necessary surfaces in the boundary definitions were also named. In Fluent program, it was solved by making appropriate definitions and results were obtained. The information obtained from literature and with some simplifications, the flue gas desulphurization system was modeled on the power plant scale. These simplifications are that the density of the sprayed droplets is much greater than the flue gas, and as a result, the forces can be neglected other than drag force. In the calculation of the drag force acting on the droplets, it is assumed that the droplets are in spherical form. At the same time, it was considered two-way interaction between the gas and liquid phases in the flue-gas column.Eulerian and Lagrangian approaches generally used for mathematical modeling of two-phase flow. The advantage of Lagrangian approach is that droplet physical properties (diameter, density, etc.) can differ in. In this thesis, Euler-Lagrange approach is used for these reasons. When the gas phase is defined as Euler, the droplets are modeled as a discrete phase by Lagrange trajectory approach.The modeling of the discrete phase is defined detailly. Especially since working FGD model has too many nozzles, a total of 460 nozzles, must be defined together with the position informations and the properties of each injection. For this process, MATLAB program and Excel file that define the injector properties are used.How the droplets will behave after hitting the column wall is governed by the added UDF code. Reflection angles and velocities are calculated by using the velocity and incidence angle of each droplet that hit the column wall. Numerical and test results of Weiss and Wieltsch were taken as reference in these calculations.First, FGD column was analysed without the injectors to provide convergence for the gas phase, and the results are given as a comparison. After the gas phase converges, the discrete phase is activated with unsteady particle tracking.While the quencher level and the second spray level are operated in all analyses, the first spray level, which usually reserves in power plants, is operated in a single analysis condition.When the tray is modeled, the porous-jump boundary condition is applied on the surface where the tray is located. The coefficients necessary for porous-jumping were found out from the literature with perforated-plate values of 50% porosity and estimated the height of slurry flow values to be accumulated on the plate were entered.If FGD column has a ring geometry, a ring surface was created in the model geometry, and wall boundary condition was defined for this surface. The results and interpretations are given in the last two sections, with each analysis of the resulting velocity and pressure figures, and the effects of comparative graphics and design factors are summarized. From these sections, it is seen that the pressure drop in the flow of the flue gas is observed as a corrective effect of flue gas distributions. However, this pressure drop will increase operating costs. Efficiency reduction of the desulfurization systems is mainly caused by colliding gases in the column walls. The inability to place a nozzle near the wall areas and the flow of the sprayed slurry from the wall cause inefficiency. Therefore, the design proposed by the ring addition analysis clearly shows that the flue gas escaping without desulfurization accelerates to the center of the column and helps to meet with the slurry. In the appendix, simple implementations that can be done before the modeling of the flue gas systems are given. UDF code for controlling droplet-wall interaction and some numerical results which were used to create figures were given in the appendix, too. In addition, since the study requires for defining a hollow-cone nozzle, the parameters to be defined for the hollow-cone nozzle, have been summarized from the Ansys Fluent User's Guide document along with explanations. 85

Gelişen teknoloji ile birlikte yüksek performans sağlayan termal sistemlere ihtiyaçartmaktadır. Bu yüzden ısı değiştiriciye ihtiyaç duyulan birçok alanda yüzey alanıdiğerlerine göre çok fazla olan kompakt ısı değiştiriciler kullanılıyor. Yüzey alanınınartması ısı transfer alanının artmasını, bu da ısı transfer katsayısını arttırıp daha verimlibir ısı değiştirici performansı ortaya çıkmasını sağlıyor.Kompakt ısı değiştiricilerde ısı transfer performansını arttırmak için genelde iki yoldanbiri tercih ediliyor. Birincisi akışkanın temas ettiği yüzey alanine kanatçık kullanarakarttırmak, diğeri ise girdap jeneratörü kullanarak katı yüzey ile akışkan arasındaki ısıtransfer katsayısını arttırmak. Bu çalışmadaki probleme yaklaşım, ikincil akışınyoğunluğunu arttırarak, kanal içinde ısı transfer katsayısını arttırmaktır.CFU-CFD gibi yeni kullanılmaya başlanıp termal performansının çok iyi olduğugözlemlendiği girdap jeneratörlerinin analizi bu çalışmada yapılmıştır. Çift sayısı vehücum açısı şekillenmesi ile toplamda 32 farklı durum ortaya çıkmıştır. 2li ve 3lüçiftlerin yanında 15°, 30°, 45° ve 60° hücum açıları ile beraber CFU ve CFD girdapüreticilerinin ısı transfer ve basınç kayıpları gözlemlenmiştir.Girdap jeneratörü olarakda dikdörtgen yapı seçilmiştir.Dikdörtgen kanal içinde sadece açılar değişmek koşuluyla 8 farklı durum oratayaçıkmıştır. Anlatımı kolaylaştırmak için her bir duruma numara verilerek ayrı ayrıincelenmesi yapılmıştır. İnceleme kriterleri ısı artım faktörü, basınç düşüşü vevortisitedeki değişimdir. Hesaplanan değerler literatürdeki örnekleriylekarşılaştırılmış ve doğrulanmıştır.1. durumda 2 CFD girdap üretici çiftinden oluşan kanal incelenmiştir. Yapılan analizsonuçlarına göre ısı transfer katsayısındaki artışın en fazla olduğu açı %42.29 artışoranı ile 30°, en optimum Reynolds sayısının da 1552 olduğu görülmüştür. Bukonfigürasyonda ortalama ısı transfer katsayısı artışı ise 33.91% olarakgözlenlenmiştir. Öte yandan basınç düşüşünün 15° lik girdap üreticili durumda enfazla olduğu gözlemlenmiştir. Maximum basınç kaybı oranı %115.24 ile Reynolds'un1552 olduğu durumda meydana gelmiştir.2.durumda CFD-CFU konfigürasyonu ele alınmıştır.1. durumdaki gibi maximum ısıtransfer katsayısındaki artış Reynolds'un 1552 olduğu durumda görülmüştür.Fakat ısıtransfer artışındaki oranın en fazla olduğu açı 15° olarak hesaplanmıştır. Bu durumdakiortalama ısı transfer artış oranı %30.08 olarak gözlemlenmiştir. Basınçtaki düşüşün enfazla olduğu açı 15°, Reynolds da 1552 iken bulunmuştur.Basınç kaybındaki oran bazduruma göre %123.79 artmıştır.3.durumda CFU-CFD konfigürasyonu test edilmiştir. Isı transfer katsayısındaki enfazla artış bu sefer Reynolds'un 776, girdap üreticisinin 15°lik açıda olduğu durumdameydana gelmiştir. Bu durumdaki artış %51.91dir. Ortalama ısı transfer katsayısı artışıise %32.37 olarak hesaplanmıştır. Basınç kaybındaki oranın ise %118.78mertebelerine çıktığı görülmüştür. Vortisite değerinin baz duruma göre 2.6 kat arttığıgörülmüştür. 4.durumda 2 CFU girdap üretici çiftinden oluşan konfigürasyonun değerlendirilmesiyapılmıştır. Ortalama ısı transfer katsayısındaki artışın %34.95 olduğu görülmüştür.Aynı durumda basınç kaybındaki oranın ise %133.83'e kadar çıktığı görülmüştür.Vortisite değerindeki artışın en az olduğu konfigürasyon 4. durum olarakhesaplanmıştır. Vortisitedeki artış baz duruma göre 2.16 kat daha fazladır.5.durumda 3 çift CFD girdap üreticisinden meydana gelen durum değerlendirilmiştir.Isı transfer katsayısındaki en fazla artışın %92.23 ile 30°lik konfigürasyonda veReynolds'un 1552 olduğu durumda gözlemlenmiştir. Ortalama ısı transfer katsayısının%50.62ye çıktığı görülmüştür. Basınç kaybındaki oran da 2 çiftli duruma göre dahadaha fazla artmıştır. Bu beklenen bir durumdur çünkü; akışın engellendiği girdapüreticisi sayısı artmıştır. Maximum artış girdap üretici açısının 15°, Reynolds'un 1552olduğu durumda meydana gelmiştir. Bu durumdaki basınç kaybı değeri baz durumagöre %147.14 artmıştır. Fakat vortisite performansının en fazla olduğu konfigürasyonolarak da görülmüştür. Vortisite değeri baz duruma göre 2.72 kat artmıştır. Artışın enfazla olduğu durum 30°lik açıda ve Reynolds 1552 iken meydana gelmiştir.6. durumda CFD-CFU-CFD konfigürasyonu ele alınmıştır. Isı transfer katsayısındakiartışın en fazla olduğu durum 15°lik açıda Reynolds 1552 iken %60.24 ilegörülmüştür. Isı transfer katsayısındaki ortalama artış ise %39.30 olarakhesaplanmıştır. Maximum basınç kaybı ise %156.48 mertebesine ulaşmıştır.Beklendiği gibi 15°lik açıda kayıp en fazla olmuştur. Vortisitedeki artış 2.6 kat olarakgörülmüştür.7.durumda CFU-CFD-CFU konfigürasyonunun analizi yapılmıştır. Isı transferkatsayısındaki artışın en fazla olduğu durum 15°lik açıda Reynolds 1552 iken %67.15olarak ölçülmüştür. Ortalama artış ise %42.20 olarak hesaplanmıştır. Basınçkaybındaki artış ise %174 seviyelerine yükselmiştir. Vortisitedeki artış baz durumagöre 2.6 kat daha fazladır.8.durumda 3 çift CFU konfigürasyonu incelenmiştir. Isı transfer katsayısındakimaximum artışın %81.65 ile 30°lik konfigürasyonda oluştuğu saptanmıştır. Budurumda ısı transfer katsayısındaki ortalama artış %47.77 olarak hesaplanmıştır.Basınç kaybındaki oran ise bu durumda maximum seviyeye ulaşmıştır. Basınçkaybındaki artış baz duruma göre %200 seviyelerine kadar çıkmıştır. Vortisitedekiartış ise baz duruma göre 2.64 kat daha fazladır.Isı artım faktörü, basınç kaybı ve vortisitedeki artış tek tek ele alınarak en büyükdeğerden en küçüğe aşağıdaki gibi sıralanabilir:Tablo 1.Isı artım faktörüCase IV > Case I > Case III > Case V > Case II > Case VII > Case VI > Case VIIITablo 2.Basınç kaybıCase VIII > Case V > Case VII > Case VI > Case II > Case IV > Case I > Case III Tablo 3.VortisiteCase V > Case VIII > Case VII > Case VI > Case III > Case I > Case II > Case IV8 akış konfigürasyonu, 4 girdap üretici açısı ve 5 farklı Reynolds sayısı ölçümleri iletoplamda 160 durum Pointwise 17'de çözüm ağına kavuşup, ANSYS Fluent 16'dakoşturulmuştur. 160 koşu ile birlikte hesaplanan Nu ve f faktör değerleri için objektiffonksiyonlar belirlenmiştir. Koşu sonucu bulunan nümerik değerler ile objektiffonksiyon sonucu çıkan değerler birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Yapılan hata analizisonuçlarına göre Nu için ortalama hata oranı %9.71, f faktör içinse %10.89bulunmuştur. Hesaplamalarla ilgili ayrıntılı tablo Appendix A ve B'de verilmiştir.Analiz sonuçlarına göre girdap üreticilerinin ısı transfer katsayısında önemli bir roloynadığı görülmüştür.2li ve 3lü girdap üretici çiftler karşılaştırıldığında, beklendiğigibi 3lü çiftlerin ısı transfer oranını daha fazla arttırdığı görülmüştür. Fakat basınçdüşüşündeki artış da bu çiftlerde daha fazladır. Isı transfer katsayısındaki en fazla artışReynolds'un 1500 mertebelerinde seyrettiği durumda oluşurken, basınç kaybındakiartış da aynı Reynolds seviyesinde gerçekleştiği için bu seviyede etkili bir ısı artırımfaktörü elde edilememiştir. Isı artırım faktörünün en iyi olduğu durum ise Reynols'un4000 mertebesinde, basınç kaybının en düşük olduğu konfigürasyonlarda ortayaçıktığı görülmüştür. 4.durumda 60° lik girdap üreticili konfigürasyon ısı artım faktörüiçin en iyi tasarımken, 8.durum 15°lik girdap üreticili konfigürasyon ise en kötütasarımdır. Vortisitenin maximum olduğu Reynolds'ta ve girdap üreticili açıda ısıtransfer katsayısının da maximum olduğu görülmüştür. Buradan vortisite ile ısıtransfer katsayısı arasında doğrudan bir bağlantı olduğu sonucuna varılmıştır. The need of high performance of thermal systems in many engineering applicationshas increased. The convectional heat exchangers are generally improved by surfaceaugmentation. There are two enhancement techniques of convective heat transfer forcompact heat exchangers. One is to extend heat transfer surface area like a fin, theother is to increase heat transfer coefficient between solid surface and fluid such asusing turbulators as vortex generators. Solution to this problem in this study is toincrease the intensity of secondary flow and reduce the size of wake regions inrectangular channel so as to increase heat transfer coefficient to gain size andeffectiveness.In this study a new type of vortex generator pairs which are called common-flow-up(CFU) and common-flow-down (CFD) and their various configurations in terms ofnumber of pairs and attack angle was reported. Rectangular winglet pairs (RWP) ofvortex generator has been selected.One rectangular channel of an air to air plate-fin cross flow compact heat exchangerhas been analyzed. Before calculation process, detailed literature survey has been doneabout aviation application of heat transfer enhancement of plate-fin heat exchanger.Geometrical dimensions has been originated from F-16 heat exchanger and similarcross section area has been drawn. Solution approach to problem has been selectedfrom validated benchmark problem. Boundary conditions have been applied accordingto TAI specification of ECS model. Model was prepared and meshed in Pointwise andcomputational fluid dynamics analysis was performed in ANSYS Fluent 16.In rectangular channel, three configurations have been analyzed; CFD, CFU, and mixtype (both CFD and CFU) with the number of 2 and 3 pairs by applying four differentattack angle (15°, 30°, 45°, and 60°). The height of the vortex generator which is alsocalled blockage ratio (BR) was half of the channel height.3D computational fluid dynamics results showed that 3 pairs of CFD configuration of30° and 45° winglet angle of attack provides the best heat transfer enhancement in thechannel. At the same configuration 60° attack angle of pairs give the best thermalenhancement factor at Re = 4000. Overall results demonstrated that wings angle ofattack play an important role in determining heat transfer performance. 113

Bu çalışmanın temel amacı düz plaka üzerindeki şok dalgası ile sınır tabaka etkileşiminin fiziğini kavramaktır. Bu çalışma sayesinde etkileşim bölgesinin hangi durumlarda daimi ve daimi olmayan akış meydana getirdiği ortaya çıkarılmıştır. Hava araçlarına olan zararı göz önüne alındığında, akış yapısının zamana bağlı etkilerini önlemek için plaka yüzey sıcaklığı değiştirilmiştir. Gerçekleştirilen çalışmalarda parametrik bir analiz serisi hazırlanmıştır. Gelen şokun açısı ile yatay düzlem arasındaki açı β her bir analizde değiştirilmiş ve yataydaki düz plaka üzerinde gelişmiş sınır tabaka ile etkileşimi incelenmiştir. Mach sayısı da parametrik olarak değiştirilmiş, bu değişimin şok dalgası sınır tabaka etkileşimi üzerindeki etkisi gösterilmiştir.Etkileşim esnasından oluşan şok dalgalarının, sınır tabakadaki ayrılma / yüzeye yeniden tutunma noktalarının ve ayrılma bölgesindeki baloncukların nicelik ve nitelik olarak değerlendirilmesi yapılmıştır. Gözlenen farklı akış yapıları zamana bağlı ya da zamandan bağımsız olarak sınıflandırılmış, ayrıca akışın 2-boyutluluk etkileri incelenmiştir. Analizler için çözüm ağı üretilirken dörtgen elemanlara sahip bir ağ kullanılmıştır. Bunun yanında akış fiziğini uygun modellemek, şok dalgalarının çarpma / yansıma noktalarını hassas olarak belirlemek için gelen / yansıyan eğik şok dalgaları civarına, sınır tabaka ve etkileşim bölgelerine özel düzenleme ile çözüm ağı sıklaştırılması uygulanmıştır. Bu sayede şok dalgası arkası ve önündeki ani değişen akış özellikleri ve etkileşim bölgesinde kalınlaşan sınır tabaka içindeki akış yapısı bu özel düzenleme ile gerçek fiziğe uygun çözüm alınmıştır. Parametrik analizler gerçekleştirilmeden önce, çözüm ağından ve zaman adımından bağımsız çözümler elde edildiği gösterilmiştir. Tüm analizler sıkıştırılabilir, zamana bağlı bünye denklemlerini Sonlu Hacimler Yöntemi (Finite Volume Method) ile çözmek için geliştirilen OpenFOAM çözücüsü ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmaların açık kaynak kodlu yazılım ile gerçekleştirilmesi araştırmacıya bu alandaki bilimsel çalışmaları anlama ve yeni özgün çalışmalar yapma fırsatı tanımıştır. OpenFOAM yazılımı içinde bulunan birkaç sıkıştırılabilir akış çözücüsünden biri olan rhoCentralFoam yöntemi ile sıkıştırılabilir akış fiziğini modellemek mümkündür. rhoCentralFoam yoğunluk temelli sıkıştırılabilir akış çözücüsüdür ve Kurganov & Tadmor'un central-upwind şeması ile kullanılmaktadır. Kullanılan yöntem zamanda 1, uzayda ise 2. dereceden hassasiyet sağlamaktadır. Bu analizler bahsedilen özellikler ile beraber kullanılarak gerçekleştirilmiş, alınan sonuçlar kaynaklardan ulaşılması mümkün deneysel ve nümerik veriler ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma ile kullanılan çözücünün ve yöntemlerinin modelleme kapasitesi de anlaşılmaya çalışılmıştır. Analiz sonuçları etkileşim bölgesinde yer alan baloncukların sayısı , alt duvar üzerindeki yüzey kayma gerilmesi ve basınç dağılımı sayısal olarak incelenmiş; ayrıca vorteks yapıları Q-kriteri metodu kullanılarak görselleştirilmiştir The main objective of present computational study is to model and investigate an impinging oblique shock wave induced laminar boundary layer separations over a flat plate. Mechanism of the flow was observed for steady-state or unsteady separations. Surface temperature of the flat plate has been changed to prevent undesired unsteady interaction region.A parametric study that covers a wide range of impinging shock angle as well as free stream Mach number is considered here. Number of simulations for 2-dimensional flows utilizing a density based finite volume Navier-Stokes solver of open source CFD solver of OpenFOAM, rhoCentralFoam. Preliminary results show that the shock-induced separation can result in steady or unsteady separations depending on the impingement angle of the shock and the freestream Mach number. Although the influence of free stream Mach number and shock impingement angle on separation have already been studied extensively, relatively high Mach number range of this study has a potential to contribute the literature.Computational grids include quadratic, non-conformal elements and precise refinement regions were handled to capture discontinuities of the flow quantities around incident and reflected oblique shock waves. Computational simulation results are evaluated in terms of number and location of the separation bubble/s; shear stress and pressure variation along the wall. In addition, visualization of vortices will be covered by Q-Criterion Method.Mechanism of shock wave laminar boundary layer interaction on a flat plate can be summarized as an incident shock impinges on a laminar boundary layer, its strength decreases and an adverse pressure gradient occurs. Then, the boundary layer thickens because of the pressure gradient; thus, compression waves are occurred as merging and forming a single oblique shock wave. This wave is called first reflected shock wave. When the direction of the flow changes in the boundary layer due to shock impingement, stress on the wall become zero and local separation takes place. The incident shock loses its strength as it penetrates the boundary layer. Expansion fans occur downstream of the impingement point. Then second reflected shock forms due to thinning boundary layer. In here, reattachment is observed in the boundary layer. Besides, the region of probable transition to turbulence can be seen at the downstream right after interaction zone.As an introduction, phenomenon of the interaction is described to understand characteristic of the flow. After investigating results of computational simulations, both numerical and analytical expressions were matched to obtain a comparison.In the section of geometrical properties, it is described how angle data range were selected to generate a SWBLI zone. Beyond limits of wave angle, there will be no single oblique shock and/or induced and reflected shock wave interaction anymore. The set of angle includes values close to upper and lower limits of oblique shock and interaction zone generation. In this set, middle value of β which matches half of maximum deflection angle value as well describes a transition from stable and relatively steady boundary layer to unstable and possible detached boundary layerBefore generating geometries depend on various wave angle (β), analytical calculations were supplied to make a reference for numerical analyses. Regarding to these calculations, parametric geometries were created to keep location of impingement point of incident shock wave constant. Therefore, the flow regime can be kept as laminar. Computational domain and grid structure were generated on X-Y plane for a 2-D case. Inlet, outlet, freestream and flat plate regions are defined as H1, H2, f and L sections respectively. Besides, wall of shock generator section is defined to induce an oblique shock wave onto the flat plate. Inclination of the shock generator is provided due to avoiding interaction of reflected shock waves from flat plate and shock generator. It should be considered as a modelling technique to obtain shock wave boundary layer interaction zone only. Reducing number of the mesh elements is another advantage of this approach. In the grid structure, there are numerous of refinement regions to capture discontinuities of flow quantities for critical regions such as incident and reflected shock areas, boundary layer, stagnation point and interaction zone. Edges of the intersections between these refinement and regular grid regions are implemented to provide better transition. Mesh generation has been conducted in a commercial software, namely NUMECA HEXPRESS. Grid has a non-conformal structure which requires interpolation around intersections. On the other hand, it maintains best quality of the mesh elements which have 2E+5 number of quadrilateral cells. In third dimension which lies on Z direction, single cell block is placed due to solver requirement. The most common definition of the fluid flow is derived by the time dependent compressible Navier-Stokes equations which state the conservations laws for mass, momentum and energy for viscous fluids. In the first step, unsteady and viscous effects were also included into solution with steady boundary conditions. And then, unsteady boundary conditions will be implemented to see reactions and behaviours of two introducing induced shock waves in time. Therefore, time dependent and compressible flow regime is applied on Navier-Stokes equations for the primary study.Before generating simulations of main set, mesh and time independent analyses were performed due to avoiding numerical errors. A gradual mesh refinement on the region of the interaction were applied by splitting into two parts on both X and Y directions. And every mesh level which includes coarse, medium, fine and finest were compared to reach mesh independent analysis result. As a conclusion, fine and finest levels were observed as well-fitted results of each other. Therefore, fine level of mesh was taken as reference for the simulations of main set. Other refinement was generated on time step to capture time independent results. Unsurprisingly, when the time step decreases, time independent results were obtained. Time step set include 2.5 E-9 s, 5E-9s, 10E-9s and 15E-9s. Biggest value of time step has slightly different results in terms of pressure distribution along the wall. All other time steps have same characteristics and closer values of both pressure and wall shear stress. Medium level of time step which is 10E-9s was chosen as reference for the next simulations of main set.The computational analyses have been performed by using compressible Navier-Stokes and open source solver, namely OpenFOAM. The capabilities of solver about adaptive mesh refinement and types of discretization techniques allow to solve time dependent compressible Navier-Stokes equations. Central-Upwind Scheme of Kurganov and Tadmor has been used as a scheme of discretization and rhoCentralFoam has density-based solver structure is defined as the solver type. Coupled system of conservation equations are solved by implicit formulation. Besides, time and space have 1st and 2nd order accuracy, respectively.All the preliminary simulations presented here are obtained utilizing 2-dimensional, unsteady, compressible Navier-Stokes solver. The complex flow physics may require 3-dimensional unsteady flow simulations with high impingement angle. A rise in the shock impingement angle causes an increase in the number of separation bubble, an increase the size of separation bubble and longer distance between the separation and reattachment points. In addition, it should be considered that relatively complex around impingement point may have 3-D effects in boundary layer. Following computational studies will cover up these predictions and higher Mach number interactions. 75

Bu çalışmada, Reynolds sayısı 5000'de sıkıştırılamaz ve laminar akış şartlarında bir NACA 0012 kanat profiline düzgün yayılı (üniform) bir akım alanında yalnız dalma ve bu hareketle beraber yunuslama hareketi verilmiştir. Hücum ve firar kenarından başlayan, iz bölgesi boyunca gelişen girdap hareketleri ve bu hareketlerin kuvvet katsayıları üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışma için çözüm ağı ve zaman adımı iyileştirmesi yapılmış ve var olan deneysel ve sayısal çözümler ile karşılaştırılmıştır. Doğrulama çalışması sonrasında, iki farklı hareket mekanizması için genlik, hücum açısı, faz farkı değişimlerinin girdap dinamiği üzerindeki etkilerine bakılmıştır. Çalışma sonucunda, hücum kenarı girdabının itki ve itki veriminin artmasında, iz bölgesinin şekillenmesinde büyük önemi olduğu görülmüştür. Ayrıca genliğin çok fazla artmasının kuvvet katsayıları ve girdap yapılarının periyodikliğini bozduğu ve bu bozukluğun hücum kenarı girdabının önünde oluşan ikinci zıt yönlü dönen girdap olduğu görülmüştür. Son olarak, yunuslama hareketiyle beraber verilen dalma hareketinde faz farkı ve etkin hücum açısının önemi üzerinde durulmuştur. This study is carried out under incompressible and laminar flow conditions and Reynolds number of 5000. Two different types of simple harmonic motion are considered for NACA 0012. While the first one consists of pure plunging motion, the second one is a combination of pitching and plunging motion. Vortex formation shedding from the leading and trailing edges and developing throughout the wake region and their effects on force coefficients are investigated. In the study, grid and time step independence tests are performed and compared with existing experimental and numerical solutions. After the validation study, the effects of amplitude, angle of attack, the phase difference changes were examined on vortex dynamics for two different movement mechanism. As a result, the leading edge vortex is found to be of great importance in the formation of wake and the increase of the thrust and propulsive efficiency. When the plunging amplitude increases too much, periodicity of the force coefficients and vortex pattern breaks down. It is seen that the cause of this discrepancy is additional opposite rotating vortex where occurs in front of the leading edge vortex. Finally, the importance of the phase lag and effective angle of attack is emphasized in the pitching and plunging combined motion. 117