Investigation of passive flow control effect on the flow characteristics of unmanned underwater vehicles
İnsansız sualtı araçlarında pasic akış kontrolünün akış özelliklerine etkisinin incelenmesi
- Tez No: 999218
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN AKILLI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: HAD, İDA, PIV, POD, Serbest yüzey, CFD, Free-surface, PIV, POD, UUV
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Çukurova Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, kontrollü koşullar altında serbest yüzeye yakın çalışan bir UUV gövdesinin hidrodinamik davranışı üzerinde geometri tabanlı pasif akış kontrolünün etkisini incelemektedir. Çalışma, serbest yüzey yakınlığı ile gövde geometrisindeki pasif modifikasyonların birleşik etkilerini ele almaktadır; eliptik bir ana konfigürasyon ve bombeli bir burun ile birlikte, temel bir boy çap oranı ve uzatılmış bir konfigürasyon ile temsil edilen incelik oranı değişimi incelenmiştir. Deneyler, 0.5≤h/D≤3.5 aralığındaki daldırma oranlarında, 0°≤α≤12° hücum açıları için ve boy esaslı Reynolds sayıları Re=20000'den 85000'e kadar gerçekleştirilmiştir. Deneysel olarak boya görselleştirmesi nitel akış özelliklerini ortaya koymakta, parçacık görüntülemeli hız ölçümü ise yakın art iz bölgesinde anlık ve zaman ortalamalı hız alanlarını; bunlara ek olarak girdap ve seçilmiş türbülans istatistiklerini sağlamaktadır. Art izinin baskın etkileşimli akış yapılarını ve art izi düzensizliğine katkılarını belirlemek amacıyla gerekli yerlerde modal ayrıştırma uygulanmıştır. Buna paralel olarak, tamamlayıcı üç boyutlu akış yapısı ve hidrodinamik katsayılar elde etmek için serbest yüzey modellenmesi içeren hesaplamalı akışkanlar dinamiği benzetim analizleri yapılmıştır. . Yüzey ıslanabilirliği etkileri, düşük daldırma oranında temel modelin hidrofobik ve süperhidrofobik kaplamalarla karşılaştırılması ayrıca değerlendirilmiştir. Kaplamalar, üst kayma tabakasında sınırlı değişimler oluştururken art iz bölgesindeki türbülans çalkantılarını azaltmıştır. Daldırma oranı h/D=0.75 ve L/D=10.625 incelik oranı koşulunda, serbest yüzey ile jet akışı etkileşimini zayıflatmış ve alt art iz bölgesinde girdap kopmasını artırmıştır; bu durum sürtünmeyi artırmış ancak titreşimleri azaltmıştır. Daha derin daldırma oranlarında ve yüksek akış hızında, art izi boyutu artmış ve ancak çalkantılar azalmıştır. O-ring uygulamaları bombeli burun modifikasyonuna benzer akış yapısı oluşmuştur. Bombeli burun, incelenen Reynolds sayıları ve düşük hücum açısı değerleri boyunca temel duruma kıyasla sürükleme direnci azalması ile sonuçlanacak şekilde, daha erken akış ayrılmasını ve serbest yüzey ile üst art iz etkileşimini tutarlı biçimde artırmıştır.
Özet (Çeviri)
This thesis investigates the influence of geometry based passive flow control on the hydrodynamic behaviour of a UUV body operating close to a free surface under controlled conditions. The study examines the combined effects of free surface proximity and passive modifications of the body geometry, including an elliptical baseline and a cambered nose, together with a slenderness variation represented by a baseline length to diameter ratio and an extended configuration. Tests are conducted at submergence ratios in the range 0.5≤h/D≤3.5, for angles of attack 0°≤α≤12° and at length based Reynolds numbers Re=20000 up to 85000. Experimentally, dye visualisation documents qualitative flow features, and particle image velocimetry provides instantaneous and ensemble averaged velocity fields together with vorticity and selected turbulence statistics in the near wake. Modal decomposition is employed where needed to identify dominant coherent structures and their contribution to wake unsteadiness. In parallel, computational fluid dynamics simulations are carried out with free surface modelling to obtain complementary three dimensional flow structure and hydrodynamic coefficients. The turbulence model and numerical setup were found to be adequate. Surface wettability effects were additionally assessed by comparing the baseline model with hydrophobic and superhydrophobic coatings at low submergence. The coatings reduced peak turbulent wake fluctuations while producing modest changes in upper shear layer. Slenderness ratio L/D=10.625 at h/D=0.75 dampened jet flow interaction with the free surface and promoted vortex shedding on lower wake, which increased friction but reduced vibrations. At deeper submergence and higher flow speed, the wake became larger and these benefits weakened. O-rings behaved similarly to the cambered nose modification. The cambered nose consistently promoted earlier flow separation and increased upper wake interaction with the free-surface, resulting in drag reduction compared to baseline across the investigated Reynolds numbers and low angle of attack.
Benzer Tezler
- Yüksek devirli gemi diesel motorlarının analitik ve deneysel incelenmesi
An Analytical and exeperimental investigation of high speed marine diesel engines
OSMAN AZMİ ÖZSOYSAL
- Güneş enerjili kendinden pompalı sıcak su sisteminin analiz ve simülasyonu
Analysis and simulation of a two phase self pumping solar water heater
TUNCAY GÜVEN
- Pasif sistemlerde türbülanslı doğal taşınım
Turbulent naturel convection in passive systems
SEYHAN UYGUR
- Doğal dolaşımlı, kendinden depolu güneş toplayıcısının ısıl analizi
The Thermal analysis of a novel built-in-stroge solar water heater
İ.NECMİ KAPTAN
- Küt cisimlerde sürüklenme kuvvetinin azaltılması için kilitlenmiş girdap oluşumlarının deneysel yöntemlerle araştırılması
Başlık çevirisi yok
ŞEREF ERKARA
Doktora
Türkçe
1997
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. ZEKİ ERİM
- Rüzgar enerjisi dönüşüm sistemlerinin aerodinamik kapsamı ve güç belirlenmesi analizlerinde potansiyel akım yöntemleri
Aerodynamic aspects of wind energy conversion systems and potential flow methods in performance prediction analysis
ALİ ALPER AKYÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. ADİL YÜKSELEN