Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic...

7/29/2019 Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic Wind Tunnel De

1/98

KOCAEL NVERSTES * FEN BLMLER ENSTTS

EML TP BR SESALTI RZGAR TNEL TASARIMI VE

BLGSAYAR DESTEKL SMULASYONU

YKSEK LSANS

Teknik rt. Serhat ENOL

Anabilim Dal: Makina Eitimi

Danman: Yrd.Do.Dr. Ali INAR

KOCAEL,2006


2/98


3/98

i

NSZ ve TEEKKR

Son yllarda Trk Otomotiv Sektr byk bir gelime gstermi, dnya otomotivretiminde sz sahibi olmaya balamtr . Buna parelel olarak AR-GE almalar dadaha fazla nem kazanmtr

Optimum tat dizayn yapabilmek iin tata etkiyen Aerodinamik kuvvetlerinhesaplanmas ve llebilmesi gerekmektedir. Bu amala rzgar tneli deneyleriyaplmaktadr. Buna bal olarak rzgar tneli tasarm ve imalat byk nemkazanmaktadr.

Bu konuda alma imkan veren ve deerli katklarn esirgemeyen danman hocamYrd.Do.Dr. Ali INAR a, bilgilerini paylaan Yrd.Do.Dr. Hasan KARABAY a,Sakarya niversitesi Makine Mhendislii Blmne ve tm aileme teekkr bor

bilirim.


4/98

ii

NDEKLER

NSZ iNDEKLER .. iiEKLLER DZN ivTABLOLAR DZN .. vSMGELER viZET.. viiNGLZCE ZET.....viii1. GR 12. LTERATR ARATIRMASI........... 3

3. RZGAR TNELLER.. 63.1. Rzgar Tnellerinin Tarihi Geliimi 63.2 Rzgar Tnellerinin Temel Prensibi. 93.3 Rzgar Tnellerinin Snflandrlmas. 103.3.1 Ak evrimli rzgar tnelleri. 123.3.2 Kapal evrimli rzgar tnelleri 133.4. Ak ve Kapal evrimli Rzgar Tnellerinin Karlatrlmas143.4.1. Ak evrimli rzgar tnellerinin avantajlar 143.4.2. Ak evrimli rzgar tnellerinin dezavantajlar.. 153.4.3. Kapal evrimli rzgar tnellerinin avantajlar. 153.4.4. Kapal evrimli rzgar tnellerinin dezavantajlar 163.5. Rzgar Tnelinin Akm Kalitesi ve Akm Kalitesini Etkileyen Faktrler....... 163.5.1. Akm kalitesi. 173.5.2. Akm kalitesini etkileyen faktrler 173.5.3. Deney odasndaki trblans seviyesinin belirlenmesi.. 183.6. Rzgar Tnellerinin Genel Tasarm Esaslar.. 193.6.1. Deney odas ve akm kalitesi.. 193.6.2. Kollektr.. 233.6.3. Dinlenme odas 303.6.4. Difzr . 383.6.5. Fan..... 42

3.7. Rzgar Tnellerinde Enerji Kay

plar

n

n Hesaplanmas

. 453.7.1. Deney odasndaki kayplar. 463.7.2. Kollektrdeki kayplar................. 473.7.3. Elek ve bal peteklerindeki kayplar.. 483.7.4. Dinlenme odasndaki kayplar..... 483.7.5. Difzrdeki kayplar. 483.7.6. Tnel g faktr 504. EML TP SES ALTI RZGAR TNEL TASARIMI 514.1. Deney Odasnn Tasarm. 514.2. Kollektr Tasarm.544.3. Bal Petei Tasarm........... 56

4.4. Elek Tasarm.574.5. Dinlenme Odasnn Tasarm 58


5/98

iii

4.6. Difzr Tasarm........... 594.7. lave stekler. 624.8.Tasarlanan Rzgar Tneli in Enerji Kayplarnn Hesaplanmas... 634.8.1. Deney odasndaki enerji kayplarnn hesaplanmas. 63

4.8.2. Kollektrdeki enerji kayplarnn hesaplanmas........... 644.8.3. Elek ve bal peteindeki enerji kayplarnn hesaplanmas 644.8.4. Dinlenme odasndaki enerji kayplarnn hesaplanmas........... 654.8.5. Difzrdeki enerji kayplarnn hesaplanmas.. 654.8.6. Toplam enerji kayplarnn hesab ve fan seimi.. 655. TASARLANAN RZGAR TNELNN BLGSAYAR DESTEKL

SMLASYONU....... 685.1. Modelin Oluturulmas 685.2. Simlasyon Sonular ve Deerlendirilmesi....................... 696. SONULAR VE NERLER 80KAYNAKLAR... 82

EKLER84ZGEM 88


6/98

iv

EKLLER DZN

ekil 3.1 Ak evrimli emmeli tip rzgar tneli - NPL tipi.. 11ekil 3.2 Ak evrimli flemeli (Blower ) tip rzgar tneli - NPL tipi 11ekil 3.3 Eksenel Fan....... 13 ekil 3.4 Radyal Fan... 13ekil 3.5 Kapal evrimli rzgar tneli.. 14ekil 3.6 Kollektrn ekli..................................................................................... 23ekil 3.7 Kollektrn daralma oran-hz ilikisi............................... . 24ekil 3.8. Kollektr daralmasnn Trblans bileenleri zerindeki etkisi26

ekil 3.9 Tipik bir kollektr duvar boyunca hz ve basn dalmlar................... 27ekil 3.10 Kollektr duvar erisi iin parametreler................................................. 29ekil 3.11 Bal petei ............................................................................................... 31ekil 3.12 Bal petei tipleri ve basn kayp katsaylar....................... 32ekil 3.13 Boluk Oran ......................................................................................... 35ekil 3.14 Difzr geometrisi ........................................ . 39ekil 3.15 Srtnme katsaysnn Re saysna bal olarak deiimi ....................... 40ekil 4.1 Tasarlanan Rzgar Tneli komple grn ( Perspektif 1 ).. 52ekil 4.2 Tasarlanan Rzgar Tneli komple grn ( Perspektif 2 ).. 53ekil 4.3 Tasarlanan Rzgar Tneli komple grn ( Yan grn ).... 53ekil 4.4 Tasarlanan Rzgar Tneli Deney Odas ... 54

ekil 4.5 Kollektr parametreleri. 55ekil 4.6 Tasarlanan Rzgar Tneli Kollektr .. 56ekil 4.7 Tasarlanan Rzgar Tneli Bal Petei ... 57ekil 4.8. Tasarlanan Rzgar Tneli Elek . 58ekil 4.9 Tasarlanan Rzgar Tneli Dinlenme Odas .. 59ekil 4.10 Tasarlanan Rzgar Tneli Difzr 61ekil 4.11 Tasarlanan Rzgar Tneli Giri Az .............. 63ekil 5.1 Rzgar tneli giriinden itibaren referans noktalar...................... 70ekil 5.2 Rzgar Tneli giriinden itibaren Statik basn dalm.. 71ekil 5.3 Rzgar tneli giri referans noktasndaki hz dalm.. 72ekil 5.4 Rzgar tneli k blgesindeki (eksenel) hz dalm 73ekil 5.5 Rzgar Tneli giri ve kndaki hz dalm. 74ekil 5.6 Tasarlanan rzgar tneli Mach Says deiimi. 75ekil 5.7 Rzgar tneli boyunca hz deiimi.. 76ekil 5.8 Rzgar tneli boyunca Statik Basn deiimi. 77ekil 5.9 Rzgar tneli boyunca akm izgileri .. 78ekil 5.10 Rzgar tneli boyunca Trblans Kinetik Enerji deiimi.. 79


7/98

v

TABLOLAR DZN

Tablo 3.1. Fan kanatlar ile tnel duvar arasndaki mesafe43Tablo 4.1. Rzgar tneli kayplar...65


8/98

vi

SMGELER

A0 : Deney Odas Giri Kesit AlanA : Akm Saptrma KatsaysCd : Srtnme KatsaysCf : Yerel Srtnme Katsays : evre Uzunluud : Elek Tel apDh : Hidrolik apg : Yerekimi vmesiH : Manometredeki sv ykseklii

K : Basn Drme Katsaysk : Dzeltme FaktrM : Elek Tel Gzenek GeniliiMa : Mach Saysn : Daralma / Genileme OranP : GPT : Rzgar Tnelinin Toplam GcPd : Toplam BasnPs : Statik Basnr : Difzr k YarapRe : Reynolds Saysrx : X Mesafesine Bal Yarapt : ZamanTf : Trblans FaktrVort : Ortalama Hz

: Trblans Derecesi ( %) : Havann Younluuqd : Dinamik Basn : Boluk Oran : Kinematik Viskozite

u : H

z Farkl

l

klar

: Genileme as : Verim : Difzr Giri / k Alanlar : Tnel G FaktrW : Fan Motor GcQf : Fan Debisif : Fann Asal Hzb : Bal przllk deeri


9/98

vii

EML TP BR SESALTI RZGAR TNEL TASARIMI VE

BLGSAYAR DESTEKL SMLASYONU

Serhat ENOL

Anahtar Kelimeler: Rzgar Tneli, Emili tip, Sesalt, Tasarm, Simulasyon

zet: Bu tez almasnda tat aerodinamii uygulamalarnda nemi ok byk olanrzgar tnellerinin tipleri, alma prensipleri, rzgar tnelini oluturan blmlerin

tasarm ve imalat esaslar hakknda bilgi verilerek emili tip ses alt ak devreli birrzgar tnelinin tasarm ve simulasyonu yaplmtr.

Ayrca rzgar tnellerinin tarihsel geliimleri, farkl deney tipleri ve ihtiyalara gredizayn edilen rzgar tneli tipleri, bunlarn birbirlerine gre avantaj vedezavantajlar, ideal bir rzgar tnelinin sahip olmas gereken akm zellikleri,nitelikleri ve bunu etkileyen faktrler de ele alnmtr. Rzgar tnelini oluturanelemanlarn ayr ayr tasarm ve imalatna ynelik kriterler ortaya konmu ve buelemanlarda meydana gelen enerji kayplar incelenmitir.

0.5 x 0.5 m2 kesitli deney odas ebatlarna sahip bir emili tip ses alt rzgar tnelitasarlanm ve bu tnelin enerji kayplar hesaplanmtr. Tasarlanan rzgar tnelielemanlarndan kollektrn geometrisi MS-EXCEL program kullanlarakoluturulmu, bu geometri kullanlarak kollektrn kat modeli SOLIDWORKS

programnda izilmitir.

Tasarlanan rzgar tneli iersindeki ak, FLUENT yazlm kullanlarakmodellenmi ve deiik blmlerindeki basn ve hz dalmlar bilgisayarortamnda incelenmitir. Elde edilen sonular yorumlanarak tasarlanan rzgartnelinin eksik ynleri tespit edilmitir.


10/98

viii

SUCTION TYPE SUBSONIC WIND TUNNEL DESIGN AND COMPUTERAIDED SIMULATION

Serhat ENOL

Keywords: Wind Tunnel, Suction Type, Subsonic, Design, Simulation

Abstract: In this study, a suction type, subsonic, open-circuit wind tunnel has beendesigned and simulated by given information about the types of wind tunnels thathave great importance on vehicle aerodynamics, their working-principles and its

construction and production parts..In addition, in this study, historical developments of wind tunnels, differentexperiments and wind tunnel types, their advantages and disadvantages, the flowquality that should be on an ideal wind tunnel and the factors that effect the flowquality have been discussed. The elements which constitute wind tunnel have been

put forward separately towards design and production. Calculation methods of lossesthat occur on those elements have been analyzed.

Suction type, subsonic, wind tunnel which has an experiment room sized in 0,5 x 0,5m2 has been designed and energy losses of this tunnel have been calculated. Thegeometry of contraction cone within designed wind tunnel components, is createdvia EXCEL software programmes. Using this geometry, the solid model ofcontraction cone is drawn in solidworks software program.

The air flow inside the wind tunnel has been modelled through computer aidedsimulation software which name is FLUENT. The pressure and velocity dispersionsof wind tunnel have been investigated and revised according to this result.


11/98

1

1. GR

Gnmzde farkl disiplinlerde yaplan almalarda teorik bilgilerin yannda

deneysel uygulamalar da ok nemlidir. Teorik olarak hesaplanan deerlerin gerek

deerler ile ne derece uyutuunun kontrol ancak deney yapmakla mmkndr.

zellikle aerodinamik ve akkanlar mekanii konularnda yaplan almalarda

deneysel uygulamalar yaparak son derece karmak ve anlalmas g olan

problemlerin zmnde somut iyiletirme ve yenilikler kaydedilebilir. Bu

nedenlerden dolay rzgar tnelleri gemiten gnmze aerodinamik ve akkanlar

mekanii konularnda alma yapan aratrmaclar iin temel deney laboratuar

nitelii tamaktadr.

Yirminci yzyln balarndan itibaren gnmze kadar zellikle havaclk, uzay

teknolojisi, otomotiv ve inaat alannda meydana gelen hzl gelimeler, hava

iersinde hareket eden veya hava akmna maruz kalan cisim zerinde meydana gelenaerodinamik kuvvet ve momentlerin bykl ve zelliklerinin incelenmesi, cismin

geometrikeklinden kaynaklanan dier etkiler, bu etkilerden dolay meydana gelen

akm tipleri, snr tabaka oluumu ksaca gerek atmosfer koullarnda cismin maruz

kald tm etkilerin laboratuar ortamnda rzgar tnelleri kullanlarak

incelenebilmesini gerektirmektedir. zetle hava ve kara tatlarnn, binalarn ve

kprlerin tasarm ve imalatnda rzgar tneli deneyleri vazgeilmez bir unsurdur.

Rzgar tnellerine duyulan ihtiya, bu gerelerin tasarm, iletimi ve kullanm

konularnn da her zaman n planda tutulmasna neden olmutur. Nitekim, yaplan

ok saydaki almann sonucunda bu konuya ilikin bir ok temel kitap ortaya

km ve yzlerce makale yaynlanmtr.

lkemizde hava ve kara tatlar retimine ilginin 1974 l yllardan itibaren

hzlanmasyla birlikte rzgar tneli tasarm ve imalat konusu da bir ihtiya olarak


12/98

2

ortaya km ve bu konuda az da olsa Trke yayn grlmeye balanmtr. Yerli

yaynlar arasnda Erim ve di. ( 1980 ), nan ve di. (2003) saylabilir.

Bu tez almasnda, Kocaeli niversitesi Teknik Eitim Fakltesi Otomotiv

retmenlii blmnde kurulmas dnlen dk hzl, ak devreli bir rzgar

tnelinin tasarm ve simulasyonu yaplmtr. Buna ilave olarak rzgar tnellerinin

tasarm konusunda Trke literatre katk salayacak bir alma olmas da

hedeflenmitir. Bu amala Blm 3 de rzgar tnellerinin tarihi geliimi, tipleri,

karlatrlmas, hava akm kalitesini etkileyen faktrler, rzgar tneli elemanlarnn

neler olduu, rzgar tneli elemanlarnn genel tasarm prensipleri ve rzgar

tnellerinde enerji kayplarnn hesaplanmas zerinde durulmutur. Blm 4 te

tasarm aamasndaki rzgar tneli elemanlarnn tasarmna ilikin hesaplamalar,

elemanlarn kat model izim ve teknik resimleri ve bu elemanlarndan kaynaklanan

enerji kayplarnn hesaplama yntemlerine yer verilmitir. Blm 5 te ise Kocaeli

niversitesi Teknik Eitim Fakltesinde kurulmak zere tasarlanan emili tip ak

evrimli ses alt rzgar tneli iersindeki hava aknn FLUENT program

kullanlarak yaplan simulasyonlarna ve bu simulasyonlara ilikin sonularn

analizine yer verilmitir.


13/98

3

2. LTERATR ARATIRMASI

20. Yzyln balarndan itibaren Havaclk sektrnn gelimesiyle birlikte Rzgar

tnellerinde de yeni teknolojiler ortaya km ve buna bal olarak eitli

almalar yaplmtr.

nan (2003 ), yapm olduu almada ok amal, dk hzl, ak evrimli, 32 x

32 cm2 kesitli deney odasna sahip bir rzgar tnelinin tasarmn ve imalatn

yapmtr. Sonraki aamalarda Hot Wire Anomometer ile deney odas iersinde farkl

noktalarda ve dzlemlerde trblans, hz, toplam ve statik basn lmleri

yapmtr. lave olarak farkl deney hzlarnda, farkl Reynolds saylarnda ve farkl

jet yar kalnlklarnda dairesel jet ak ve koni ilaveli ak lmleri yapmtr.

nan ve di. (2003), ayn yl yaynladklar ok Amal Ses Alt Dk Hzl Hava

Tneli Tasarm, malat ve Hz alkant lmleri adl makalede dk hzl emilitip ak evrimli bir rzgar tnelinin tasarm esaslarn ortaya koymu, imalat

aamasnda ilem basamaklarn ve dikkat edilmesi gereken noktalar aklamlardr.

Yaptklar bu alma Trke literatrdeki rzgar tneli zerine yaplan en kapsaml

almalardan birisi saylmaktadr.

Bradshaw (1979), dnyada rzgar tneli teknolojileri konusunda almalar yapan en

nemli bilim adamlar

ndan birisidir. 1979 y

l

nda Mehta, R. D. ile beraberyaynladklar Design rules for small low speed wind tunnels adl makalede rzgar

tnellerinin g kayna olan fanlar incelemi, eksenel ve blower tip fanlarn

birbirlerine kar stnlkleri, kayp katsaylar, kapal ve ak evrimli rzgar tneli

bal petei ve elek tasarm esaslar zerine almlardr. lave olarak rzgar tneli

deney odasna pencere alrken dikkat edilmesi gereken hususlarn ne olduu ve

akm grntleme deneylerinin incelikleri zerine pratik deneysel bilgiler sunmutur.


14/98

4

Craig (1986), almasnda dk hzl rzgar tnellerini, deneylerde kullanlan

pitot statik tp, digiquartz ve betz manometresini incelemi ve kalibrasyonlarna

ilikin bilgiler sunmutur. lave olarak basn lmleri esnasnda sk yaplan hatalar

ve tnel kalibrasyon faktrnn hesap yntemlerini ortaya koymutur.

Edward ve Norton (1976), almalarnda rzgar tneli fan pervaneleri tasarmna

ilikin kurallar ortaya koymutur. Kapal devre rzgar tnellerinde kullanlan

turning vanes ( akm dndrme keleri ) tasarmna ilikin tasarm parametrelerini

incelemitir.

Knight ve di. (1979), dey deney odal rzgar tneli tasarlayp imal ederek bu tip

bir tnele ilikin tasarm ve imalat esaslarn ortaya koymulardr.

Lindgren ve di. (2002), yaynladklar makalelerinde 05 x 0.75 x 4.2 m ebatlarnda

tasarladklar ve Stokholm de imal ettikleri dk hzl ( Vmax = 48 m/sn) rzgar

tnelinin kalibrasyonuna ait teknik verileri elde etmilerdir. Buna gre imal ettikleri

rzgar tnelinde Reynolds says 205000 civarndadr. Deney odasndaki trblans

younluu %0.04 civarnda ve deney odas iersindeki hzda meydana gelecekdeiimler ihmal edilebilecek kadar kk kalmaktadr. Ayrca aratrmaclar

modern rzgar tnelleri hakknda geni bir bilgi sunmu, rzgar tneli tasarmna

ilikin tm kriterleri ortaya koymulardr.

Kaya (2003), almasnda Hava Harp Okulu Aerodinamik Laboratuvarnda bulunan

ses alt rzgar tnelini tantm, yerine yaplmas dnlen ok amal ses alt emili

tip rzgar tnelinin tasar

m ve imalat esaslar

n

tan

mlam

, gerekli olan fan gc verzgar tneli bileenlerinde oluan enerji kayplarn hesaplamtr.

Anderson (1989), almasnda ses st akm hzlarnda ( spersonic flow ) hareket

eden hava aralarnn ve roketlerin test edildii kk kesitli deney odasna sahip

yksek hz rzgar tnelinde farkl kanat modellerinde ve farkl hcum alarnda

yaplan deneylerde bulunan aerodinamik kuvvetlerin analizini yapmtr.


15/98

5

Bradshaw (1965), rzgar tnellerinde snr tabaka akmlarnn oluumunu incelemi

olup akm dzensizliine yol amadan snr tabaka etkisinin elimine edilmesi

yntemlerini aklamtr.

Batill ve di. (1986), emili tip rzgar tnellerinde fan tarafndan oluturulan vakum

etkisini incelemi ve bu etkiden dolay ortaya kan snr tabaka akmlarndaki enerji

kayplarn hesaplamtr.

Bradshaw (1968), rzgar tneli bileenlerinin tasarm formlleri zerinde durmutur.

Rzgar tneli dzeltme faktrnn hesaplanmasna ynelik bantlar incelemitir.

Gorlin and Slezinger (1966), rzgar tneli tipleri, bileenleri, yaplan deney tipleri ve

rzgar tneli bileenlerinin imalat ve montaj konularnda aklayc bilgiler

sunmutur.

Peremeci (2003), rzgar tneli alma prensipleri, rzgar tnelinin bileenlerini ve

tasarm esaslarn belirtmitir. Ayrca rzgar tnellerinde yaplan basn, hz, kuvvet

ve moment lm deneylerinin yapl tekniklerini ortaya koymutur.

Punkhurst ve Holder (1952), rzgar tneli deneylerinin yaplna, kullanlan balans

tiplerine ve kuvvet-moment hesaplamalarna deinmilerdir.

Rae ve Pope (1984), yaynladklar kitaplarnda rzgar tnellerinin kullanm

amalar, tipleri, bileenleri, yaplan deney tipleri, kullanlan balans tipleri ve rzgar

tnellerinin tarihi geliimi konular

nda temel bilgiler sunmulard

r.

Erim ve di. (1980), rzgar tneli giri hzna bal olarak deney odasnda oluan hz

profillerini incelemilerdir.


16/98

6

3. RZGAR TNELLER

3.1. Rzgar Tnellerinin Tarihi Geliimi

Otomotiv sektrnde bir otomobilin tasarm ve retimi uzun ve masrafl bir itir.

Gerek ilk prototipler hazrlanrken gerekse de yol testleri yaplrken gz nnde

bulundurulmas gereken pek ok etken vardr. Bu etkenlerden en nemli olanlarndan

bir tanesi de otomobilin aerodinamik yapsdr.

Tasarm aamasndaki tat modelleri rzgar tnelinde denenirler ve bu deneyler

tatmin edici bir tasarma ulamakta hayati bir rol oynarlar. Bir rzgar tnelinde

modeller zerinde deneyler yaparak tatn hava iersindeki davran anlalabilir.

Hatta tatn paralar rnein spoiler, n kaput vb.. paralar zerinde yaplan

deneyler daha da nemlidir. Ayrca tasarlanan modeller zerinde yaplan

deiikliklerle birlikte yine bu tnellerde deneylere tabi tutularak farkl tasarmlarntat performansna etkileri aratrlr.

Rzgar tnellerinde model sabitlenmi tutularak hava hareketinin model zerindeki

etkileri llebilir. Ayrca model farkl alarda sabit konumlandrlp hava akmna

kar nasl davrand grlebilir. Ancak deney sonularna gvenilebilmesi iin

tnelin yapmna zen gsterilmelidir. Deney odas boyunca hava basncndaki

deiim mmkn olduu kadar kk olmal

ve havan

n h

z

doru olarakbilinmelidir. Tnelin duvarlar civarnda baz snr tabaka etkileri olacandan deney

odasnda kullanlacak modelin bykl, deney odas geniliinin yars ile drtte

arasnda bir deerde almak uygun bir yaklam olacaktr. (Mehta ve Bradshaw,

1979) Ayrca trblans younluunun artmamas iin rzgar tnelinin kurulduu

ortamda emi ksmnda en az 1 metre, fleme tarafnda ise en az 2 metre boluk

braklmaldr. (Rae ve Pope, 1984)


17/98

7

lk rzgar tnelinin yapl 19. yzyln sonlarna kadar dayanmaktadr. Bu rzgar

tneli kare kesitli ve bir ucunda emici pervane bulunan dorusal borudan ibarettir.

Nitekim Wright kardeler tasarladklar ilk uan tm paralarnn modellerinin bu

tip bir tnelde denemilerdir. Gnmzde ise eitli lkelerde, bir ou son derece

yksek akm kalitesine sahip elektronik lm cihazlaryla donatlm ok eitli

rzgar tnelleri bulunmaktadr. Bu tneller tat tasarmnda ve aerodinamiin ilgi

alanna giren baka konularda ok sk birekilde kullanlmaktadr.

lk rzgar tneli Francis Wenham tarafndan 1871 ylnda Greenwich (ngiltere) te

imal edilmi ve kullanlmtr.

Francis Wenham, imal ettii bu flemeli tip ufak tnelde deney odasna yerletirdii

model zerindeki kaldrma ve srkleme kuvvetlerini incelemitir. Francis Wenham

dan 13 yl sonra 1884 ylnda Horatio F. Philips tarafndan ncekinden farkl olarak

deney odasndan sonraki blme nozul yerletirilmi olan baka bir tnel yine

ngiltere de imal edilmitir. Bununla birlikte 1890 ile 1900 yllar arasnda birok

lkede ilk defa rzgar tnelleri tasarlanmaya balamtr. Rusyadaki ilk tnel 1891

ylnda Nikolai Joukovski tarafndan Moskova niversitesinde, Avusturya daki ilktnel 1893 ylnda Ludwig Mach tarafndan, A.B.D. deki ilk tnel 1896 ylnda

Alfred J. Wells tarafndan Massachusetts Institute of technology ( MIT ) de imal

edilmitir.

Rzgar tnellerindeki asl gelime ise 1900 l yllardan itibaren artan bir ivme ile

balamtr. 1901 ylnda Wright kardeler imal ettikleri rzgar tneli ile yaptklar

deneylerde hatal

sonular elde etse de bu tnelden esinlenerek tasarlad

klar

1.8metre uzunluundaki 40 cm x 40 cm2 kesitli deney odasna sahip kare kesitli rzgar

tneli daha sonraki almalarna esas tekil etmitir. Wright kardeler bu tnele

monte ettikleri lme aletleri yardmyla tamann srklemeye orann da

hesaplamlardr. Wilbur ve Orwille ayn aparatlar kullanarak Eyll 1901 ve

Austos 1902 tarihleri arasnda 200 farkl kanat profili zerinde almalar

yapmlardr. Ardndan elde edilen sonular uygun bir uan tasarlanmasnda esas

tekil etmitir. Bu almalar neticesinde rzgar tnellerinin nemi daha iyi


18/98

8

anlalm ve sz konusu tarihler aerodinamik alannda bir dnm noktas olarak

adlandrlmtr.

1930 lu yllara kadar rzgar tnellerinin bir ok lkede kullanm yaygnlam ve

zellikle NASA nn almalaryla nemli admlar atlmtr. Bu tarihlerde ses alt

rzgar tnelinin ebatlar da olduka artmtr. yle ki NASA 1931 de ilk defa yapm

maliyeti milyon dolarlar bulan 9 m x 18 m ebatlarnda oval deney odas olan 57.6

m/sn hza sahip tnelini imal etmitir. Ardndan da halen dnyadaki en byk rzgar

tneli olma zelliini gnmzde de koruyan 12 m x 24 m ebatlarnda 118.5 m /sn

hza sahip Kaliforniya daki Ames Aeronautical Labrotary de kurulmutur.

Uaklarn hzlar ve performanslarndaki art ile birlikte yksek hzlarda alan

rzgar tnellerine ihtiya duyulmu ve yine NASA tarafndan bu konuyla ilgili

deiik almalar yaplmtr. NASA 1927 ylnda 2.4 metre ebadndaki deney

odasnda 342 m/sn hz retebilen ilk yksek hzl rzgar tnelini imal etmitir. 1941

ylnda ise Ames Aeronautical Laboratory de 4.8 metre boyutunda deney odasna

sahip 304 m/sn hz retebilen rzgar tneli imal edilmitir.

1940 l yllarda V-2 roketlerinin havaclk teknolojisinde kullanlmaya

balanmasyla birlikte spersonik tneller nem kazanmaya balamtr.

Aerodinamik deneylerinde kullanlmak zere spersonik rzgar tneli ilk defa 1930

ylnda Almanya da Dr. Busemann tarafndan gelitirilmekle birlikte gerek

anlamda ilk defa Theodore Von Karman tarafndan 1944 ylnda California Institute

of Technology de ( CIT ) dizayn edilmi ve Aberdeen Marylan de Army Ballistics

Research Labrotary de (ABRL ) kurulmutur. Yine ayn

y

llarda k

talararas

balistikfzelerin gndeme gelmesiyle hipersonik rzgar tnelleri ( M >5 ) gelitirilmi ve 28

cm ebatlarnda kare kesitli deney odasna sahip ve 7 Mach hz retebilen ilk

spersonik rzgar tneli 1947 ylnda NASA tarafndan Langley de kurulmutur.

1974 ylndaki petrol krizinden sonra tm dnyada tat tasarm ve imalatnda yakt

tketimi kriteri olduka nem kazanmtr. Tatlarn aerodinamik direnlerini

azaltmak iin daha kk ebatlarda ve daha yuvarlak hatlara sahip tatlar piyasaya


19/98

9

hakim olmaya balamtr. Bu sebeple zellikle uzakdoulu otomotiv firmalar

rzgar tneli testlerine ve rzgar tneli imalatna byk nem vermilerdir.

Tarihi geliiminden de anlalabilecei gibi teknolojinin gelimesine parelel olarak

rzgar tnelleri ile ilgili almalar da devam etmektedir. Ama gerek atmosfer

koullarnda hareket eden tat imal edilmeden nce rzgar tnellerinde yaplacak

test sonularna gre tasarm yapmaktr. Bu nedenle rzgar tnellerinde geree en

yakn ortam elde edilene kadar bu gelimeler devam edecektir.

3.2. Rzgar Tnellerinin Temel Prensibi

Aerodinamik prensipleri genel olarak aerodinamik olayn, ou zaman hareketsiz

atmosfer ierisinde hareket etmekte olan uak veya benzeri bir cisim ile karmza

kt grlr. Bununla birlikte atmosferin rzgar hareketlerini de dikkate almak

gerekir. zellikle rzgar trbini, binalar, asma kprler vb. yaplar iinde

aerodinamik olayda rzgar hareketlerinin cismin hareketinden daha nemli olduu

aktr.Sz edilen btn bu olaylarn bir deney ortamnda benzerinin yaratlmasna

gelince, bunun atmosfer iersinde gerekletirilmesi genel olarak zordur. Bubakmdan rzgar tneli ad verilen deney dzeneklerine bavurulur.

Rzgar tnellerinde benzeim iki yntem ile yaplr. Bunlar direkt ve endirekt

yntemlerdir. Modeli hareket ettirerek sonuca ulamak direkt yntem, modeli sabit

tutup akkan hareket ettirerek sonuca ulamak ters (endirekt) yntem olarak

adlandrlabilir. Direkt yntemlerle aratrma ve deney yapmak olduka maliyetli ve

zordur. Bu yntemde model dnen bir makinenin koluna monte edilerek kollabirlikte dnmektedir. Kola bal modelin hz kolu dndren modelin hzna baldr.

Bu tr dzeneklerde istenilen artlar elde etmek her zaman mmkn olmayabilir. Bu

nedenle genellikle zel artlar ve problemler sz konusu olduunda bu tip dzenekler

tercih edilebilir.

Daha kolay olan ikinci yntemde (endirekt) model sabit tutulup zerine devaml

akm gnderilerek sonu elde etmek daha pratik ve kolaydr, (Gorlin ve Slezinger,

1966). Nitekim modern tnellerde bu ters yntem tercih edilir. Yani model sabit


20/98

10

tutularak bir fan yardmyla akma hareket kazandrlr ve deney odasnda geree

uygun akm artlar salanarak deneyler yaplr. Rzgar tnellerine monte edilen

lm aletleri yardmyla sonular elde edilebilir. Bu yolla modelin etrafnda

meydana gelen akm iersindeki birok olay incelenmektedir. Rzgar tnellerinde

yaplan deney ve aratrmalar neticesinde elde edilen sonular teknolojinin bir ok

alannda kullanlmaktadr.

3.3. Rzgar Tnellerinin Snflandrlmas

Rzgar tnelleri kullanm amalar da gz nne alnarak hava akm hznn

byklne ve dizayn ekline dikkat edilerek snflandrlabilirler. Hava akmnn

hzn dikkate alnarak rzgar tnelleri, Mach Says olarak ifade edilen katsayya

bal olarak dizayn edilebilirler. Mach saysnu ekilde ifade edebiliriz;

Ma =ses

a

V

V

Ma : Mach Says

Va : Hava Akm HzVses : Ses Hz

Ma > 1 Ses st akm hz

Ma < 1 Ses alt akm hz

olarak tanmlanr.

Ses alt rzgar tnelleri (maksimum Mach Says 0.4' e kadar akm sktrlamaz

kabul edilir), transonik rzgar tnelleri (maksimum Mach Say

s

1.3' e kadar),spersonik rzgar tunelleri (maksimum Mach Says 4,0-5.0' a kadar), hipersonik

rzgar tnelleri (maksimum Mach Says 5.0 ve daha yksek) olarak

snflandrlabilirler (Rae ve Pope, 1984).

Deney odas, rzgar tnellerinin karakteristik zelliklerini belirleyen nemli

elemanlardan birisi olduu iin dizayn ekli de ok byk nem tamaktadr. Bu

nedenle deney odasnn dizayn ekline baklarak rzgar tnellerini kapal deney odal

ve ak deney odal rzgar tnelleri olarak baka bir snflandrma yapmak


21/98

11

mmkndr.

Kapal deney odal rzgar tnellerinde deney odasndaki basncn atmosfer

basncndan daha dk olmas nedeniyle, modeli tayan elemanlarn deney odasna

girdii yerlerde atmosferden tnel ierisine doru bir hava akm meydana gelir. Bu

durumda ise deney odasnda istenen akm kalitesi bozulacak, modele etki eden

aerodinamik kuvvetlerin doru sonularla bulunmas gleecektir.

Rzgar tnelleri ak evrimli ve kapal evrimli olmak zere temel iki tipte

snflandrlmtr. Bununla birlikte ak evrimli rzgar tnelleri de NPL tipi (

National Physical Labratory ) ak evrimli ve kapal deney odal rzgar tnelleri

(ekil 3.1., 3.2. ); Eiffel tipi ak evrimli ve ak deney odal rzgar tnelleri olarak

adlandrlr. te yandan ak evrimli rzgar tnelleri fan tipine gre flemeli ve

emmeli olarak ta ayrlabilirler.

ekil 3.1 Ak evrimli emmeli tip rzgar tneli - NPL tipi(Rae ve Pope, 1984)

ekil 3.2 Ak evrimli flemeli (Blower ) tip rzgar tneli - NPL tipi

(Rae ve Pope, 1984)

Eiffel tipi deney odalarnda modelin yerletirilmesi ve alann daha rahat hareket


22/98

12

edebilmesi mmkndr. te yandan duvar etkisi de daha az olacaktr. Ancak buna

ramen deney odasndaki hz dalm kapal deney odasndaki hz dalmna oranla

daha az niformdur. Bu da %50 orannda basn kaybna sebep olur. (Rae ve Pope,

1984) Kapal evrimli rzgar tnelleri Alman bilim adam Prandtl' n ve kapal

evrimli rzgar tnelinin ilk yerletirildii niversite olan Gttingen'in isimlerinden

esinlenerek Prandtl veya Gttingen tipi rzgar tnelleri olarak da bilinirler.

Bu almada daha ok ses alt rzgar tnelleri zerinde durulacandan devam eden

blmlerde bu tip rzgar tnellerinin dizayn asndan snflandrlmasndan

bahsedilecektir.

3.3.1. Ak evrimli rzgar tnelleri

Ak evrimli rzgar tnellerinde deney artlarnn olumas iin gerekli olan hava

atmosferden temin edilir ve tekrar atmosfere verilir. Tnelin ierisinde hava aknn

salanmas iin fan kullanlr. Ak evrimli rzgar tnelleri hava aknn

salanmas iin iki ekilde dizayn edilebilirler. Birincisi fan ve motorun deney

odasndan nce yerletirildii flemeli tip (blower-type) (ekil 3.2) ikincisi ise havaaknn deney odasndan sonraki bir blme yerletirilmi bir fan tarafndan

saland emmeli tiptir (suction-type) (ekil 3.1). (Rae ve Pope, 1984) ki tnelde

de atmosferden rzgar tneline giren havann hz kollektrn (daralma konisi) ak

ynnde daralan geometrik yaps nedeniyle artar ve deney odasnn giriinde

maksimum seviyeye ular. Deney odasnda akm kalitesinin iyi olabilmesi iin

kollektrn geometrik yaps uygun ekilde tasarlanmaldr.

Emmeli tip rzgar tnelinde atmosferden emilen hava deney odasndan sonra kinetik

enerjiyi basn enerjisine dntrmek amacyla akm ynnde kesit alan

genileyecekekilde tasarlanan difzre, buradan da tnelin sonuna yerletirilen ve

devri deitirilmek suretiyle akm hznn ayarlanmasn da salayan eksenel fan

vastasyla dar atlmaktadr. Atmosferden alnan havann deney odasna flenerek

verildii flemeli tip (blower- type) rzgar tnellerinde eksenel fan (ekil 3.3)

yerine radyal fan (ekil 3.4) kullanlr ve tnelin giriine monte edilir.


23/98

13

ekil 3.3 Eksenel Fan ekil 3.4 Radyal Fan(http://www.hq.nasa.gov) (http://www.hq.nasa.gov)

Ak evrimli rzgar tneli dizayn edilirken deney odasnn boyutu iyi

belirlenmelidir. Zira tnelin boyu genel olarak deney odasnn boyutunun 20 kat

kadar olmaktadr. Bu nedenle deney odas kesit alan 1 m' yi geen rzgar tnelleri

pratikte pek de kullanl olmamaktadr (Rae ve Pope, 1984).

3.3.2. Kapal evrimli rzgar tnelleri

Kapal evrimli rzgar tnelinde hava tekrar atmosfere verilmez. Baka bir deyile

ak devre rzgar tnellerinde darya verilen hava, kapal devre rzgar tnellerinde

baka bir kanalla kontroll bir ekilde tekrar giri ksmna verilir (Bradshaw, P.,

1965). Ayn hava rzgar tneli alt mddete kullanlr. Bu nedenle ak

evrimli rzgar tnellerindeki gibi atmosfere atlan havann kinetik enerjisinden

dolay meydana gelen kayplar sz konusu olmamakta birlikte kelerdeki 90 lik

yn deitirmeler esnasnda bir miktar kayp olur (ekil 3.5).


24/98

14

ekil 3.5. Kapal evrimli rzgar tneli

(http://www.aerolab.com )

3.4.Ak ve Kapal evrimli Rzgar Tnellerinin Karlatrlmas

Her ne kadar ak evrimli veya kapal evrimli rzgar tnellerinin birbirlerine kar

stnlk salad durumlar sz konusu olsa da kullanm sahalar ve amalar farkl

olduu iin tamamen birini dierine tercih etmek doru olmayacaktr. Bu nedenleak ve kapal evrimli rzgar tnellerinin avantaj ve dezavantajlarndan bahsetmek

daha doru bir yaklam olacaktr.

3.4.1. Ak evrimli rzgar tnellerinin avantajlar

i. Ak evrimli rzgar tnellerinin imalat maliyeti dk olduu gibi imalat da

nispeten daha kolayd

r. A

k evrimli bir rzgar tnelinin bir ok eleman

ebatlar

nada bal olarak laboratuar ortamnda imal edilebilir ve kolayca monte edilebilir.

ii. Akm grntleme deneylerinden sonra, bu tr deneylerde kullanlan malzemeden

dolay rzgar tneli elemanlarnn zerinde yapan ve/veya biriken, akmn kalitesini

olumsuz etkileyen toz, kir, ya ve benzeri materyallerin temizlenmesi daha kolaydr.


25/98

15

3.4.2. Ak evrimli rzgar tnellerinin dezavantajlar

i. Ak evrimli rzgar tnellerinde akm kalitesini arttrmak iyi bir analiz ve alma

gerektirir. Bu tr rzgar tnellerinde kullanlan hava dorudan atmosferden

saland iin rzgar tnelinin konulduu laboratuarn mekan hacmine bal olarak

rzgar tnelinin deney odasndan nce bir yere daha byk ve daha geni "elek"

yerletirilmesine ihtiya duyulur.

ii. Hava giriinin ve knn dorudan darya ald durumlarda rzgar ve souk

hava da deneyi etkileyebilir.

iii. Sistemde tketilen g fazla, verim ise dktr. Atmosfere atlan akmn miktar

ve hz ile doru orantl artan kinetik enerji de kayp olarak d ortama verilir. Bu

nedenle rzgar tnelinin yksek performansla kullanmn gerektiren kapsaml

aratrma ve testlerde istenen bir hz elde etmek iin daha fazla enerjiye ihtiya

duyulmaktadr ( hz artarsa kayp kinetik enerji de artar ).

iv. Ak evrimli rzgar tnelleri grltl altklar iin iine konulduu

laboratuarn yeri de nem kazanmaktadr. Ayrca deney odasnda istenen akm

artlarn bozmamas asndan dar atlan akmn kendiliinden genileyerek

hznn sfr olmas iin laboratuar duvarlarnn kar basnca sebep olmayacakekilde uzak olmas gerekir.

Ak evrimli rzgar tnellerinin avantaj ve dezavantajlar da gz nnde

bulundurularak ak evrimli rzgar tnelleri, maliyetinin dk olmasndan dolay

genellikle yksek performansa gereksinim duyulmad durumlarda niversite

laboratuarlarnda deney yapmak amacyla kullanlr. (Rae ve Pope, 1984)

3.4.3. Kapal evrimli rzgar tnellerinin avantajlar

i. Akmn kalitesini belirlemede nemli faktr olan akm dzgnl ve ortamn

scakl gibi akm artlarn belirlemek ve kontrol etmek daha kolaydr.

ii. Deney odasnda istenen belli bir hz elde etmek iin daha az enerjiye ihtiya

vardr. Az enerji ile yksek hz elde etmek mmkndr

iii. Kapal evrimli rzgar tnelleri daha az grlt kirliliine sebep olurlar.

iv. Ak evrimli tnellere nazaran monte etmek iin daha az yere ihtiya duyulur.


26/98

16

3.4.4. Kapal evrimli rzgar tnellerinin dezavantajlar

i. Akm grnrll gibi, rzgar tnelinin zellikle bal petei, elek ve deney odas

gibi blmlerinde yalanma, tozlanma, kirlenme gibi istenmeyen durumlarn

meydana gelmesine neden olan deneyler yapmak risklidir. Rzgar tnelinin bu

blmlerinin sk sk temizlenmesini gerektirir. Kapal evrimli rzgar tnelinde bu

ilem ok zordur. Dolays ile akm artlarnda ve kalitesinde nemli bozulmalarn

meydana gelmesi sz konusudur.

ii. Kapal evrimli rzgar tnelinin bulunduu yerin iklim artlarna da bal olarak,

yksek performans gerektiren ve rzgar tnelinin uzun sre kullanlmasn gerektiren

deney ve almalarn yaplmasnn sz konusu olduu durumlarda havay soutmak

iin bir hava soutucusu (air exchanger) veya ayn amala eitli yntemler

kullanlmaldr.

iii. Kapal evrimli bir rzgar tnelinin imalat maliyeti ak evrimli bir rzgar

tnelinin maliyeti ile kyaslandnda %60-100 gibi bir oranda olduka yksektir.

Kelerde akm karakterinin bozulaca da dikkate alnrsa tnelin imalat ve

kurulmas da olduka zordur.

3.5. Rzgar Tnelinin Akm Kalitesi ve Akm Kalitesini Etkileyen Faktrler

Rzgar tnellerinde yaplan deneylerin baarl olmas iin salanmas gereken ilk

husus, atmosfer ierisinde bir cisim etrafnda meydana gelen aerodinamik olayn bir

benzerinin rzgar tneli deney odas ierisinde bu cismin benzeri bir model etrafnda

yaratlmasdr. Bu da ancak deney odasnda gerek akm koullarna yakn akm

artlar

n

elde etmekle mmkndr. Aksi halde deneyle incelenen olay gerek olay

nbenzeri olmayaca gibi, deney srasnda yaplan lmelerden elde edilen sonular da

gerek cisim zerinde gvenle kullanlamaz. Bu nedenle tasarlanan herhangi bir

rzgar tnelinde gerek artlara yakn zelliklerde bir akm oluturmak iin akm

kalitesini etkileyen faktrleri incelemekte yarar vardr (Gorlin ve Slezinger, 1966).


27/98

17

3.5.1. Akm kalitesi

Deney odasndaki akmn kalitesi denince, genel olarak deney odasnda akmn

niform ve paralel olmas ve akmdaki alkant ve trblans seviyesinin dk

olmas kastedilir. ok kaliteli bir rzgar tnelinde deney odasnda modelin olmad

artlarda akm niformluunun ortalama hzn %0.1' i mertebesinde, paralellikten

olan sapmalarn 0.25 derecenin altnda ve trblans seviyesinin de %0.1' in altnda

olmas istenir. Akmn niformluuna sadece deney odasnn dik kesidi ierisinde

baklmaz. Ayrca deney odas ekseni boyunca da bir basn gradyant olumas

istenmez.

Ancak her zaman yukardaki deerleri elde etmek mmkn olamayabilir. Bu

taktirde rzgar tneli daha az kaliteli, kalitesiz eklinde vasflandrlr. Akm

kalitesinin ok iyi olmad baz hallerde bunun deney sonular zerindeki olumsuz

etkileri bir takm dzeltme yntemleriyle giderilmeye allr. rnein akmda

paralellikten 0,25 dereceye kadar olan sapmalar iin herhangi bir dzeltmeye ihtiya

duyulmaz iken, 1 dereceden daha fazla sapma varsa bir dzeltme ihtiyac ortaya

kar.

Akm trblansnn yeterince dk olmamas halinde deneysel olarak incelenen

cisim zerindeki snr tabakann gerek olaydakinden farkl geliecei beklenir.

Akmn niform olmamas halinde hz farkllklarnn kayma gerilmelerine ve

vortisiteye neden olaca ve bunun da model etrafndaki akm alann deitirecei

sylenebilir. Akmn paralel olmamas halinde ise cismin maruz kald akm as

(Hcum a

s

gibi) gerek olaydakinden farkl

olaca

ndan model etraf

ndaki ak

mgerek olaydakinden daha farkl geliecektir.

3.5.2. Akm kalitesini etkileyen faktrler

Deney odasndaki akm zellikleri genel olarak rzgar tnelinin geometrik yapsnn

bir sonucudur. Bununla birlikte rzgar tnelinde herhangi bir model var ise, bu

modelin de akm kalitesi zerinde olumsuz bir etkisi beklenebilir.


28/98

18

Tnel geometrisinin etkisi kapsamnda ncelikle kollektrn geometrisini belirtmek

gerekir. Kollektr geometrisinin uygun olmamas halinde akmn niform ve

paralellii temin edilemez. Kolektrn akm trblansnn azaltlmas konusunda da

nemli bir etkisi olduu ileri ki blmlerde ayrntl olarak belirtilecektir. Akm

kalitesi zerinde deney odasndan nce yer alan dinlenme odas, bal petei, trblans

elei gibi elemanlarn etkisi olduu gibi, zellikle kapal devreli tnellerde kanaln

ileriki ksmlarnda yer alan keler, ke dzeltici levhalar, difzrler, pervane vb.

gibi btn elemanlarn ve ak devreli rzgar tnellerinde hava giri alnn bir

etkisi vardr. Bunun yannda baz hallerde deney odasndan sonraki elemanlarn

geometrilerinin de akm kalitesi zerinde bir etkisi olabilir. rnein difzrdeki bir

akm ayrlmas, emici pervanedeki bir dzensizlik dolayl olarak akm kalitesine etki

edebilir.

Deney esnasnda modelin deney odasnda sabit tutulmas amacyla kullanlan

tertibatlar da akm kalitesine dorudan etki etmektedir. Modeli tutan bu elemanlar

model kuvvetine ilave kuvvetler dourarak aerodinamik kuvvetlerin lm

sonularna etki edebildikleri gibi, bunlarn zerinde oluabilecek akm ayrlmalar

hem model etrafndaki akm yapsnda olumsuz ynde deiikler meydana getirebilir,hem de kapal devreli bir tnelde deney odas giriindeki akm kalitesini etkileyebilir.

Rzgar tnellerini oluturan elemanlarn yzeylerinde oluan snr tabaka geliimi ve

zellikle meydana gelebilecek akm ayrlmalar da akm kalitesini etkileyen nemli

parametrelerden birisidir.

3.5.3 Deney odasndaki trblans seviyesinin belirlenmesi

Aktaki trblans seviyesini tayin eden kriter Re (Reynold) saysdr. Normal

artlarda kanal iinde hareket eden bir akkan iin kritik Re says 2300 dr. Bu

deerin altndaki Re saylarnda akn laminer, bu deerin stndeki saylarda da

akn trblansl olduu kabul edilir.

Rzgar tnellerinde ise genellikle kritik Re saysnn ok zerinde allr (Yaklak

1,0 x 106 - 2,5 x 106 deerleri arasndadr). Bu da gsteriyor ki btn rzgar

tnellerinde ak trblansldr. Bu nedenle akkan hareketine bal olarak trblans


29/98

19

derecesinin tespit edilmesi olaylarn daha iyi anlalmas asndan nemlidir.

Trblans u ekilde ifade edebiliriz. Verilen bir noktada trblans, o noktadaki

ortalama hzda meydana gelen sapmalarn karesinin karekknn yine o noktadaki

ortalama hza orandr ( Gorlin ve Slezinger, 1966).

=ortV

V

(3.1)

V = t

0

2dtV

t

1(3.2)

Yukardaki ifadelerde , trblans derecesini yzde olarak ifade eder.

V , hzdaki

sapmalarn karelerinin toplamnn karekkdr. t ise hzda meydana gelen en byk

salnm iin geen sreyi ifade eder. Rzgar tnellerinde genellikle ortalama hz

len aletler kullanld iin trblans dzeyi test sonularnn analizi yaplrken

hesaba katlr.

3.6. Rzgar Tnellerinin Genel Tasarm Esaslar

3.6.1. Deney odas ve akm kalitesi

Rzgar tnellerinin tasarm kriterleri rzgar tneli tipine gre nemli bir farkllk

gstermez. nk her trl rzgar tnelinde ortak olan birok ksm bulunmakta

olup bu ksmlarn alma prensipleri ve hesaplama yntemleri ayndr. Bu nedenlebu blmde ncelikle rzgar tnelleri elemanlarnn tasarmna ait genel bilgiler

verilecektir.

Bir rzgar tnelinin tasarmna balarken ilk nce ne tr deneyler ve lmler

yaplacan, bu deneyler iin genel olarak gerekecek hz rejimini belirlemek gerekir.

Daha sonra tnelin tipine karar verilmelidir. Son adm ise tnel iinde meydana

gelecek kay

plar

n hesab

ve bu kay

plar

kar

layacak fan

n ve motorun seimi tekileder. Bu tespitler yaplrken gz nnde tutulmas gereken bir ok faktr vardr. Ama


30/98

20

genel olarak tnelin verimi ve maliyeti zerinde durulur. Bu iki faktr arasnda

uygun bir yaklam yaplr. (Rae ve Pope, 1984)

Rzgar tnellerinde ok eitli tiplerde ve ok farkl amalar iin deneyler

yaplabilmektedir. Bunlar aadaki gibi sralayabiliriz .

a. Kara ve deniz tatlar, Gaz trbini, kompresr, fan ve kanat, pervane, rzgar

trbini, binalar, kprler gibi hava akmna maruz kalan her trl ara ve bunlarn

elemanlar ile ilgili deneyler.

b. Uan bir ara zerine veya bunun bir eleman zerine, dzgn simetrik uu

srasnda veya ini, kalk, dn gibi manevra hareketleri srasnda etkiyen

aerodinamik kuvvetlerin incelenmesi.

c. Laminer, trblansl, geisel snr tabakalar, iz, jet, alak sesalt akm, yksek

sesalt akm, sesst akm, hipersonik akm vb gibi farkl karakterdeki hava

akmlarnn incelenmesi .

d. Aerodinamik kuvvetlerin yap zerinde oluturduu ekil deiimlerinin, yani

aeroelastik olaylarn incelenmesi.

Bu kadar farkl tipteki deneylerin tek bir rzgar tnelinde yaplmas ve bu deneyler

iin gereken btn deney aletlerinin bu tnele yerletirilmesi olduka zordur. Bu

nedenle deiik maksatlar iin deiik tnellerin yaplmas zorunludur. Daha nce de

belirtildii gibi devam eden blmde ses alt rzgar tnellerinin genel dizayn

kriterleri anlatlacak ve daha sonraki blmlerde de bu bilgiler nda bir rzgar

tneli tasarm yaplacaktr.

Deney odas, ierisine modelin konulduu, lmlerin yapld, model etrafnda

meydana gelen aerodinamik olaylarn gzlendii / incelendii blm olup rzgar

tneli tasarmnda byk bir neme sahiptir. Zira tnelin dier elemanlar deney

odasnda istenen kriterleri salayacak ekilde dizayn edilirler. Boyutlandrma

yaplrken deney odasnn ebatlar esas alnarak yaplr. Deney odas rzgar tnelinin

karakteristik zelliklerini belirleyen eleman olduu iin, tnelin dizayn deney

odasnn dizayn ile balar.


31/98

21

Deney odasnn ebatlar, akm hz ve gerekli enerji belirlenirken rzgar tnelinde

yaplmas planlanan deney, aratrma, projeler ile maliyet ve rzgar tnelinin

yerletirilecei mekan da dikkate alnr. Maliyet ve tnelin alabilmesi iin gerekli

enerji deney odasnn kesit alanna dorudan bal olduu iin nceden tahmin

edilebilir (Rae ve Pope, 1984).

P =3

ddVA2

1 (3.3 )

Burada P, tnelin gcn; , havann younluunu; A, deney odasnn kesit alann;

Vd, deney odasndaki havann ak hzn belirtmektedir.

Gerekli enerji ve maliyet deney odasnn kesit alanyla alakal olduu iin deney

odas eklinin enerji kayplar zerinde nemli bir etkisi yoktur. Bu nedenle kesit

eklinin seiminde daha ziyade akm kalitesi ve kullanm kolayl n plana kar.

Deney odas kesit ekli dairesel, eliptik, dikdrtgensel, kare, altgen veya sekizgen

biimli olabilmektedir. Ancak model yerletirilmesine imkan salayacak genilie,

ykseklie ve akm grntleme deneylerinde grnt alnabilmesine uygun duvar

yapsna sahip olmasna dikkat edilmelidir. Deney odas duvarlarnda alp

kapatlabilir pencereler veya paneller, kullanm kolayl ve gvenlii salayaca

iin tavsiye edilir (Mehta ve Bradshaw, 1979). Gemite edinilen tecrbeler, test

edilecek modellerin zelliklerine de bal olmak kaydyla, deney odas kesit

geniliinin ykseklie orannn 0.6 ile 1.7 arasnda olabileceini ortaya koymutur.

( Rae ve Pope, 1984, Gorlin ve Slezinger, 1966)

Deney odasnn boyu, hidrolik apyla ilikilendirilebilir. Deney odas boyu arttka

deney odasndaki akm hznn byklne de bal olmak zere enerji kayplar

artacaktr. Bu bakmdan ok uzun tutulmamasnda fayda vardr. Kald ki, deney

odas boyu hidrolik apn 3-4 katn fazla getii zaman duvarlar zerinde oluan

snr tabaka kalnlnn ar artmasndan dolay difzrde akm ayrlmas riski

olabilir (Bradshaw, 1968). Bununla birlikte, ok ksa bir deney odas da model

nnde niform akm artlarnn oluturulamamas bakmndan uygun olmaz Sonu

olarak deney odas boyu iin tavsiye edilen byklk hidrolik apnn 3 kat


32/98

22

civardr. (Punkhurst ve Holder, 1952)

Deney esnasnda meydana gelen aerodinamik olaylarn gzlemlenebilmesi ve akm

grnrl deneylerinde / almalarnda modelin grlebilmesi iin deney

odasnn duvarlarna pencere konulmaldr. Pencere, modelin tamamn grecek

ekilde deney odasnn st, yan, ihtiyaca gre alt duvarlarna yerletirilebilir.

Deney odasnn duvarlarna pencere amak iin deiik malzemeler kullanlabilir.

Burada gvenlik nemlidir. Pencere malzemesi fotoraf ekmeye uygun olmal ve

lazer na maruz kaldnda bozulmalar minimum seviyede olmaldr. Baz

malzemeler fotoraf nn ssna dayanamayarak krlmaktadr. Bu nedenle

malzeme seilirken mukavemetinin iyi olmasna ve deney odasnn ierisini

rahatlkla grlebilmesine imkan verecek ekilde olmasna dikkat edilmelidir.

Pratikte en ok kullanlan malzeme plexiglastr. (Rae ve Pope, 1984)

Deney odas duvarlar zerinde oluan snr tabaka, deney odas boyunca bir miktar

kalnlar. Bunun sonucu olarak deney odas boyunca akm hznda bir miktar art ve

statik basnta da bir azalma meydana gelir, yani niform-paralel akm artlarbozulur. Bu sorunu giderme yollarndan birisi deney odasnn kesit alann akm

ynnde snr tabaka kalnlnn etkisini telafi edecek miktarda arttrmaktr. (Mehta

veBradshaw, 1979, Atl ve Erim, 1985, Erim ve di., 1980)

Deney odas duvarlarna uygulanacak genileme as iin belirleyici parametre

Reynolds saysdr. Genileme as 107-10

8gibi byk Reynolds saylarnda

0.1-0.25, 105

-106

gibi kk Reynolds saylarnda ise 0.25 0.50

arasndaalnmaldr. (Gorlin ve Slazinger, 1966, Albayrak, 1984, Rae ve Pope, 1984 )

Deney odas duvarlarnda oluan snr tabakann kalnlamasn gidermenin bir

baka yolu da deney odasnn kelerine kebentler yerletirilmesidir. (Mehta ve

Bradshaw, 1979, Erim ve di., 1980) gen eklindeki bu kebentler ayn zamanda

deney odas boyunca ke ilerindeki akm bozulmalarn da azaltr.

Kaliteli bir rzgar tnelinde deney odasndaki akmn dk trblansl, hz

dalmnn niform ve akm izgilerinin tnel eksenine paralel olmas beklenir.


33/98

23

Fakat akm izgilerinin tam paralel olmasn salamak ok zor olduu iin 0.25'

ye kadar olan sapmalar ihmal edilebilir. (Gorlin ve Slezinger, 1966)

3.6.2 Kollektr

Rzgar tnellerinde deney odasndan nce bir kollektr kullanlmasnn temel amac

akmn hzlanmasn salamaktr. Ak devreli bir rzgar tnelinde durgun

atmosferden alnan havann hznn ok dk olduu gz nne alnrsa, deney

odasnda istenilen hza eritirilmesi iin mutlaka bir daralan kanaldan geirilmesi

gerektii aktr. Kapal devreli bir tnelde ise deney odasnn haricindeki balant

kanallarnda akm hznn ok byk olmas istenmez. Byk akm hzlar hem enerji

kayplarn arttrr, hem de rzgar tneli pervanesinin verimi asndan olumlu

bulunmaz. Dolaysyla dk hzdaki bu akmn deney odasnda istenen hza

eritirilmesi iin yine bir kollektre ihtiya vardr. Kollektrn akm hznda yaratt

artn bykl daralma oran ile ilgilidir. Kollektrdeki daralmann ayrca

kollektr giriinde akmda muhtemelen mevcut olan hz farkllklarn ve trblans

veya benzeri dk frekansl baka alkantlar da azaltt bilinmektedir. Bu

azalmann miktar da yine kollektrn daralma oranyla yakndan ilgilidir. (Mehda veBradshaw, 1979)

Kollektrn, deney odasnda akm istenen hza eritirmesi yannda, deney odas

giriinden itibaren niform-paralel bir akm oluturmas da beklenir. Bu husus

kollektr duvarnn uygun bir ekle sahip olmasn gerektirir. Basit bir kollektr

geometrisi ekil 3.6' da sunulmutur.

ekil 3.6 Kollektrn ekli


34/98

24

Bir kollektrn knda akmn niform ve paralel olmas beklenir. Giri kesitindeki

akm ise tam olmasa da niforma yakn bir hz dalmna sahiptir. ou zaman

ortalama bir hz etrafnda niform dalm kabul edilir. Buna gre giri ve k

kesitlerinde kollektrn dik kesit alan ve hzlar srasyla A1, V1, A2, V2olmak zere

(ekil 3.7) sreklilik denklemi yardmyla elde edilir.

V2 =2

1

A

A.V1 (3.4)

Burada

A1 / A2 = n (3.4a)

Kollektrn daralma oran olarak adlandrlr. (3.4) bants akmn kolektr

geerken daralma oran nispetinde hzlandn ifade etmektedir.

ekil 3.7. Kollektrn daralma oran-hz ilikisi

(3.4) bants deney odas hznn ayn zamanda kollektr giri kesitindeki hza da

bal olduunu gstermektedir. Kollektre giren akmn hz, gereksiz kayplardan

kanmak iin, deney odasndaki maksimum akm hz 100 -150 m/s olarak

belirlenen dk hzl tnellerde 10-25 m/s ile, maksimum akm hz 250-300 m/s

arasnda olan ses alt rzgar tnellerinde ise 20-50 m/s ile snrlandrlmaldr.

Kollektrdeki daralman

n, kollektr giri kesitinde ak

mda bulunan muhtemel h

zfarkllklarn da azaltacan basit bir analizle gstermek mmkndr (Gorlin ve


35/98

25

Slezinger, 1966, s.27). Bunun iin kollektr giri kesitinde herhangi bir noktadaki

hz V 1 ve ayn dzlemin bir baka noktasndaki hz da, V1+ V1 ile gsterelim.

Akm hzlarnn ok kk olduu gz nne alnarak bu iki noktadaki basnlarn

ayn p1 deerinde olduu kabul edilebilir. Bu noktalardan geen akm izgilerizerinde kollektr k kesitindeki hzlar V2 , V2 olmak zere Bernoulli

denklemi uygulanrsa aadaki eitlik elde edilir.

p 1 + + 1V(2

1 V1)

2= p 2 + + 2V(

2

1 V2 )

2 (3.5a)

p 1 +2

1V2

1 = p 2 +

2

2V2

1 (3.5b)

ve bu iki bant, ikinci dereceden terimler ihmal edilmek kaydyla birbirinden

kartlrsa aadaki eitlik ve dolays ile boyutsuz bant elde edilir.

V1. V1 = V2. V2 (3.6)

1

1

V

V=

2

1

2

V

V

.

2

2

V

V (3.7)

2

2

V

V=

2n

1.

1

1

V

V(3.8)

Buna gre kollektr giri kesitindeki hzlarda grlecek bir farklln kollektr

k

nda, kollektr daralma oran

n

n karesi nispetinde azalaca

anla

lmaktad

r.

Kollektrdeki daralma genel olarak trblans azaltc nemli bir etkiye de sahiptir.

Kollektrn daralma oran ne kadar arttrlrsa deney odasndaki kritik Reynolds

says deeri de o kadar artar. Bu bakmdan kaliteli bir rzgar tneli iin tavsiye

edilen daralma oran 6 ile 9 arasndadr (Rae ve Pope, 1984, Mehda ve Bradshaw,

1979). Modern rzgar tnellerinde tnelin tipine ve ebatlarna bal olarak bu oran 4

~ 25 arasnda alnmaktadr. (Gorlin ve Slazinger, 1966 )


36/98

26

Rzgar tneli dinlenme odasnda bulunan dikey ve eksenel yndeki alkantlarn

kolektr boyunca nasl deitii ekil 3.8 da grlmektedir (Gorlin ve Slezinger,

1966, Pankhurst ve Holder, 1952). Buna gre, dikey yndeki h z alkantlar

kollektrn giriinden itibaren abuk bir ekilde der. Yatay yndeki hzlardaki

alkantlar ise kollektr balang kesiminde nce bir art gstermekle birlikte

kollektrn son ksmnda yine abuk bir d gstererek k kesitinde dikey

bileenle yakn bir deere gelir. Bu ekilde Ms dinlenme odasnda yer alan bal

peteinin gzenek boyutunu, x ise bal peteinden itibaren uzaklklar gstermektedir.

Yatay ve dikey hz alkantlarnda grlen ilk azalmalar bal petei ve bunun ardnda

yer alan elekten kaynaklanmaktadr.

Petekten itibaren akm ynnde mesafe

ekil 3.8 Kollektr daralmasnn Trblans bileenleri zerindeki etkisi(Gorlin ve Slazinger 1966)

Kollektr daralma orannn gereinden fazla artmas, tnelin tm ebatlarnn

bymesine ve maliyetin artmasna neden olur.

Deney odas ierisindeki akmn hzn kollektrn daralma oran ve kollektr

giriindeki ortalama akm hz belirlerken, akmn deney odasna girite niform ve

paralel olmas daha ziyade kollektr duvarnn profil geometrisiyle ilgilidir.

Kollektr dizayn literatrde her zaman ilgi duyulan zel bir problem olarak yer

almtr.


37/98

27

Kollektr dizaynnda karlalan nemli bir problem duvar zerinde oluan snr

tabakann ayrlmas riskidir. Srtnmesiz akm artlarnda dizayn edilen ve teorik

olarak deney odasnda istenildii gibi niform paralel akm salayan bir kollektr,

duvar boyunca uygun bir basn dalm olumamas halinde snr tabaka

ayrlmasna ve sonu olarak deney odasndaki akm kalitesinin dmesine yol aabilir.

Tipik bir kollektr duvar profili ve bunun oluturduu hz ve basn dalmekil

3.9 de grlmektedir.

ekil 3.9 Tipik bir kollektr duvar boyunca hz ve basn dalmlar(Rae ve Pope, 1984)

Buna gre akm kollektr duvar boyunca, kollektr giri kesiminde yavalamakta,

daha sonra hzlanarak kollektr bitiminde maksimum bir deerden gemekte ve bir

miktar yavalayarak deney odas giriinden itibaren sabit bir deere erimektedir.Buna karlk duvar boyunca basn dalmnda kollektr giri ksm ncesinde ve

deney odas girii civarnda olmak zere iki blgede artlar gzlenmektedir. te

snr tabaka geliimi asndan risk yaratabilecek bu durum basn art

gradyanlarnn snr tabaka ayrlmasna yol aabilecek kadar byk olmasdr. yi bir

tasarmda basn gradyanlarnn ok byk olmamasna dikkat edilmelidir.

Kollektr daralma orann kk tutarak ve/veya kollektr boyunu uzatarak

kollektr duvarlar boyunca ters basn gradyantn kltmek ve bylece snr


38/98

28

tabaka ayrlmalarnn nne gemck mmkndr. Ancak bu da snr tabakann

gereksiz yere fazla kalnlamasna neden olur. Hatta deney odasnda model artlarna

bal olarak akm ayrlmas ihtimali ortaya kabilir.

Bilgisayarlarla hesaplamalarn olmad dnemlerde kollektr dizayn gzle ya da

yaklak metotlarla yaplrd. (Rae ve Pope, 1984, Mehta ve Bradshaw, 1979)

Laplace denklemi veya Stokes-Beltrami denkleminin zmleri kolay bir kollektr

geometrisi elde etmek ve bir ok analitik zm yapmak asndan uygundur.

Kollektrle alakal ilk almalarn byk ounluunda potansiyel teori baz

alnmtr (Rae and Pope, 1984). lk nce kollektrn ekli belirlenir daha sonra da

oluan ters basn gradyenlerinin akm kalitesini ne kadar etkiledii incelenirdi. Bu

dnemde yaplan kollektrle alakal almalar neticesinde, kollektrn k

blmndeki erilik yarapnn giriine oranla daha kk olduunu sylemek

mmkndr.

Bilgisayarlarn devreye girmesiyle kollektr dizayn iin bir ok metot kullanlmaya

balanmtr. Bu dnemde yaplan almalarn byk ounluu kollektrdeki iki

boyutlu veya eksenel srtnmesiz srekli akmn analitik metotlarla zmyleilgilidir. ki boyutlu zmlerde ise hodograf veya konform dnm metodlarnn

kullanldn grmek mmkndr. Yaplan birok almada analitik zmler

yaplmtr. Analitik zmlerin zorluundan dolay da, problemi kolaylatrmak iin

kollektrn uzunluunu sonsuz varsaymak gibi kabuller yaplmtr. Bu kabuller de

baz hatalarn olmasna neden olmaktadr.

Gerekte ise kollektrn sonlu bir boyu vard

r. Fakat kollektrn boyunu sonsuzkabul etmekle, snr tabaka ayrlmalarna neden olan sonlu uzunluktaki bir

kollektrn giri ve k kesitleri civarndaki hz ekstremumlar ve zt basn

gradyeni ihmal edilmi olunur.

Kollektrn profil eklini elde etmek iin baz ampirik bantlar da

kullanlmaktadr. Bunlardan en ok bilineni Vitoshinski formldr (Gorlin ve

Slezinger, 1966, s.30, Erim ve di., 1985)


39/98

29

r(x)=

( )( )222

2222

1

2

2

a/x31

a/x31

r

r11

r

+

(3.9)

Burada x kollektr giri kesitinden itibaren tnel ekseni boyunca mesafeyi r,

kollektr yzeylerinin bu eksene dik uzakln ve r1 ve r2 de kollektrn giri ve

k kesitlerinde r nin ald deeri gstermektedir (3.9). a byklnn deeri ise

4 r2 olarak alnmaktadr.

Kollektr duvar erisi iin uygun sonu veren bir dier bant da l kollektrn

uzunluu olmakartyla aadaki gibi elde edilir. (Erim ve di., 1985)

r(x) = ( r1-r2 ) 2

33

rl

xl2

l

xl+

(3.10 )

ekil 3.10 Kollektr duvar erisi iin parametreler(Erim ve di., 1985)

Kollektrn boyu, dinlenme odas, kollektrn kendisi ve k ksmnn boylarnn

toplam olarak tanmlanabilir. Kollektrn uzunluu, kollektr duvarlar boyunca

snr tabaka ayrlmasna imkan vermeyecek bir basn dalm yaratacak snrlar

arasnda seilmelidir. Basn gradyantnn kk olmasn salamak iin daha uzun

kollektr tasarm tercihi makul grlebilir. Ancak daha uzun kollektrn hem tnel


40/98

30

boyunu ve maliyetini arttracan, hem de snr tabakann daha fazla kalnlamasna

yol aacan dikkate almak gerekir.

Tecrbeler kollektrn boyunun kollektr k kesiti apna (deney odas giri ap)

oranla 1.5 - 2 kat arasnda alnmasnn uygun olacan gstermektedir (Gorlin ve

Slezinger, 1966).

Kollektr dik kesiti olarak en ideal ekil dairedir. Ancak imalat genellikle zorluk

yaratr. malat asndan en kolay kesit ekli kare alandr. Bazen okgen kesitler de

kullanlabilmektedir. Ancak tercih edilecek kesit ekli, phesiz ki deney odasnn ve

dinlenme odasnn dik kesit ekillerine de bal olacaktr.

Dairesel olmayan herhangi bir dik kesit ekline sahip kollektrlerde ke iindeki

akm snr tabaka ayrlmasna daha meyillidir. Bununla birlikte 45 lik kebentler

kullanlarak snr tabaka ayrlmalarnn nne geilebilir (Mehda ve Bradshaw,

1979).

3.6.3. Dinlenme odas ( bal petei ve elek ilaveli )

Dinlenme odas rzgar tnelinde kollektrden nce yer alan ve akmn kollektre

olabildiince niform-paralel halde ve dk trblansl olarak girmesini salamak

zere yavalatld bir ksmdr. Paralel duvarl ve genel olarak geniliine kyasla

boyu ok uzun olmayan bu kanal ierisinde akm paralel hale getirmeye yarayan bal

petekleri ve trblans kltmeye yarayan elekler yer alr.

Tecrbeler genel olarak dinlenme odas boyunun giri apnn yars mertebesinde

alnmasnn uygun olacan gstermektedir. Kullanlan bal peteinin uzunluu ve

konumu, elekle bal petei arasndaki uzaklk vb. gibi nedenlerle dinlenme odas

boyunun daha uzun olmas zorunluluu ortaya kabilir. Ancak boyun ok uzun

olmasnn, dinlenme odas duvarlar zerindeki snr tabakann gereksiz yere

kalnlamasna neden olaca unutulmamaldr.


41/98

31

Bal peteklerinin kullanlma amac kollektre doru yaklaan akmn olabildiince

paralel hale gelmesini salamaktr. Bunun yannda trblans azaltc bir etkisi

olduu da bilinmektedir. Bal petei bu yararlar yannda basn kayplarna neden

olur. Bu bakmdan tasarm srasnda btn bu hususlarn bir arada dnlmesi

gerekir. rnek bir bal petei ekil 3.11 da grlmektedir.

ekil 3.11 Bal petei(Mehta ve Bradshaw, 1979)

Bal petekleri, tnel eksenine gre akmdaki sapmalarn 10 dereceyi amadhallerde etkindir. Bunun zerindeki alarla bal peteine giren akm bal peteiyzeyleri zerinde ciddi ayrlmalara maruz kalabilir (Mehta ve Bradshaw, 1979). Bu

da bal peteinin etkinliinin azalmas yannda, basn kayplarn da arttrr. Bu

durumla zellikle f1emeli tipteki ak devreli rzgar tnellerinde, gerekli nlemler

alnmazsa karlalr. Fan knda dar olan kanal dinlenme odasnn kesit

geniliine ulatrlmak amacyla bir difzr kullanlarak geniletilir. Geni al olan

bu difzr ierisinde ou zaman ayrlma sorunuyla karlalr. Ancak difzr

ierisinde elekler kullanlarak ayrlmann nne geilebilir. Bylece akmn bal

peteklerine geli as azaltlabilir. Difzrdeki akmn geli as 40 civarnda ise

basn drme katsays, K =1.5 olan elekler kullanld takdirde sapma asn

yzde 70 orannda drmek mmkndr (Mehta ve Bradshaw, 1979).

Bal petekleri, adndan da anlalaca gibi genellikle bal petei gibi altgen biimde

tasarlanrlar. Bununla birlikte dairesel, dikdrtgen ve gen gzenekli olarak da imal

edilebilirler. Deiik tiplerdeki baz petek tasarmlarekil 3.12' de gsterilmi olup


42/98

32

bunlarn yol atklar basn kayp katsaylarekil zerinde belirtilmitir.

ekil 3.12 Bal petei tipleri ve basn kayp katsaylar (Rae ve Pope, 1979)

Yksek performans istenen rzgar tnellerinde ve rzgar yklerinin fazla olduu

byk tnellerde alminyumdan imal edilen bal petekleri tercih edilir (Mehta ve

Bradshaw, 1979). Ancak kk tnellerde birbirine geme yaplm karton bal

petekleri de kullanlabilir.

Bal peteinin akm dorultusundaki uzunluunun artmas akmn paralelletirilmesi

iin yararlanlan mesafenin artmas anlamna geldiinden olumlu bulunur. Uzun bir

bal peteinde ayn zamanda srtnme de artacandan akm dorultusundaki

bozuntularn dzeltilmesine de bir katks olaca beklenir (Punkhurst ve Holder,

1952).

Trblansn yanal dorultudaki bileenleri bal petei hcrelerinde bastrlarak hayli

kltlebilir, hatta bal petei hcre apnn 5-10 kat kadarlk bir mesafede

tamamiyle yok edilebilir. (Mehta ve Bradshaw, 1979). Ancak, bal petei

yzeylerinde de snr tabaka oluacan ve bu ekilde trblans retileceini de

unutmamak gerekir. Gzenekler iinden geen hava akmnn laminer olmas halinde

bal peteinin rettii trblans seviyesi akmn trblansl olmas halindekine kyasla


43/98

33

daha yksektir. Bir ok rzgar tnelinde bal petei gzenekleri iindeki akm

laminerdir.

Bal peteklerinin trblans seviyesi zerindeki etkileri (nan, 2003) tarafndan

incelenmi olup bal peteinin hemen ardna bir elek yerletirilmesi halinde bal

peteinin oluturduu trblansn azaltlabilecei tespit edilmitir. Literatrde yer

alan genel kan da bal peteklerinin eleklerle kullanlmasnn trblans azaltt

eklindedir (Punkhurst ve Holder, 1952).

Bal peteklerinden maksimum verimi almak iin hcre boyutlarn da iyi belirlemek

gerekir. Hcre ap yanal dorultudaki en kk hz deiiminin dalga boyundan

(byklnden) daha kk olmaldr. Hcre uzunluklarnn boylarnn ise akmda

bulunan en byk boyutlu girdaplarn ortalama aplar mertebesinde olmaldr. Bal

petei uzunluunun genellikle apn 6-8 kat civarnda olmas tavsiye edilmektedir

(Mehta ve Bradshaw, 1979).

Bal petei boyunun artmasnn basn kayplarn da arttracan beklemek

mmkndr.

Eleklerin kullanlmasnn iki temel amac vardr. Bunlardan birisi akmdaki

niformsuzluklarn azaltlmas, dieri ise trblansn azaltlmasna yardmc

olmaktr. Daha nce de belirtildii gibi dinlenme odasna ve genellikle bal

peteklerinin ardnda bulunacak ekilde yerletirilirler (Rae ve Pope, 1984).

Tnellerde hzn en dk olduu dinlenme odas ierisine yerletirilmelerine ramen

bas

n kay

plar

na ve dolay

s

yla tnel iin gerekli gcn artmas

na neden olurlar.

Eleklerin yaratt basn kayplar akmn daha hzl olduu blgelerde yava olduu

blgelere kyasla daha fazladr. Bunun sonucu olarak akmdaki niformsuzluklarn

azaltlmasna bir katkda bulunurlar. Bal peteklerinin yaratt basn kayplar

eleklere kyasla daha kk olup, bunlarn eksenel hz zerindeki etkisi daha azdr

(Rae ve Pope, 1984, s.74).


44/98

34

Elekler akmdaki byk lekli girdaplar krarak, ok sayda, kk lekli

girdapklara dnmesini salar. Bylece klen girdapklar kollektr boyunca

viskozitenin etkisiyle daha abuk yok edilebilir.

Elekler, kullanlma amalarnn gerei olarak akm trblansn azaltrken, bir

yandan da bizzat kendileri trblans retirler. Eleklerin rettii girdaplarn

bykl elekleri oluturan tellerin ap cinsinden tanmlanan Reynolds saysna

baldr. ayet Reynolds says yaklak 40' n altnda ise elek ilave bir trblans

uretmez (Pankhurst ve Holder, 1952, s.78). Sz edilen Reynolds saysnn kk

olmasn salamak iin eleklerde kullanlan tel aplar kk tutulmal ve dinlenme

odasndaki akm hznn ok byk olmamasna dikkat edilmelidir.

Akm grntleme deneylerinin yapld kapal devreli rzgar tnellerinde,

grntleme iin kullanlan maddelerin ve ayrca toz ve kirlerin birikiminden dolay

eleklerin niteliklerini kaybedebildikleri, hatta akmn niformluunun bozulmasna

neden olabildikleri gzlemlenmitir. Toz ve kir zerreleri eleklerin gzeneklerinde her

yerde ayn oranda olacak biimde birikmez. Bunun sonucu olarak eleklerin

gzenekleri farkl basn kayplarna neden olur ve dolaysyla deney odasndazamanla keyfi ve niform olmayan bir hz dalm meydana gelir. Bu nedenle akm

grnrl deneylerinin yapld rzgar tnellerinde, deney iin beyaz kil, ya,

buharlam ya, karbon tozu vb maddeler kullanlyorsa deneylerden sonra

temizliin ok iyi yaplmas gerekir. Bu temizlii kolaylatrmann bir yolu

dinlenme odas duvarnn kolaylkla elekleri kartp tekrar monte edebilecek

biimde yarkl olarak dizayn edilmesidir (Rae ve Pope, 1984).

Elekler genellikle metal tellerden imal edilmektedir. Rzgar yklerinin ok fazla

olmad durumlarda naylon ve polyester de kullanlmaktadr (Mehta ve Bradshaw,

1979). malatn niform biimde gerekletirilmesine dikkat edilmelidir. Ancak bu

hayli g olup, aerodinamik yk altnda bklen eleklerde niform olmayan imalatn

sonucu olarak arplmalar meydana gelebilir.

Elekler genellikle kare veya dikdrtgen hcreler eklinde rlerek yaplr.

Etkinlikleri basn drme katsays ve akm saptrma katsays ad verilen iki


45/98

35

parametreye balanabilir (Mehta ve Bradshaw, 1979). Basn drme katsays,

K = f1 (,Re,) (3.11)

burada, boluk oran, Re Reynolds says ve akm geli asnn birfonksiyonudur. Akm saptrma as ise;

= f2 (,K,) (3.12)

yine boluk oran ile akm geli asnn ve basn drme katsaysnn

fonksiyonudur. Boluk oran, ekil 3.13 de grld gibi elein bir gzenei

ierisindeki boluun toplam alana oran olmak zere, (Rae and Pope, 1984)

=

M

d1 2 (3.13)

Burada dtel ap, Mise gzenein geniliidir

ekil 3.13Boluk Oran(Mehta ve Bradshaw, 1979)

Trblansn drlmesi asndan 0.57 nin zerindeki boluk oranlar tavsiyeedilmektedir. Daha kk boluk oranlarna sahip elekler deney odasnda akm


46/98


47/98

37

K = K0 +dRe

2,55, K0 =

2

0,95

0,951

(3.17)

Burada Red elek telinin apna bal Reynolds saysdr.

Eleklerin, deney odasna giren akmn eksenel hz dalmnda bulunan

uniformsuzluklar giderdiklerinden daha nce bahsedilmiti. Eleklerin bu etkinlikleri

ile basn drme katsays arasndaki iliki iin bir bant Punkhurst ve Holder,

(1952), tarafndan,

1

2u

u

= K2 K2 +

(3.18)

eklinde gelitirilmitir. Burada 1u elekten nceki; 2u ise elekten sonraki hz

farkllklarn belirtmektedir. Bu bantya gre basn drme katsaysnn 2 olduu

eleklerde niformsuzluk hemen hemen tamamiyle elimine edilmektedir Basn

drme katsaysndaki art ile birlikte ihtiya duyulan gte de artma olur. Bu

nedenle trblans istenilen dzeyde drebilen ve ayn zamanda kabul edilebilir

snrlar dahilinde g kaybna yol aan elekler seilmelidir.

Elekler flemeli tipteki tnellerde fan ile dinlenme odas arasnda genel olarak

kullanlan geni al difzrlerde akm ayrlmalarnn nne gemek iin de

kullanlmaktadr. Bu amala kullanlan elekler ayn zamanda akmda grlen

sapmalarn dzeltilmesine de yaramaktadr. K=1,5basn drme katsaysna sahip

olan bir elek 40 civarndaki sapmalar yzde yetmi orannda azaltabilmektedir


Akmn elekten kta tnel ekseniyle yapt ann elee giri asna oran

saptrma katsays olarak adlandrlr. Giri asnn kk deerleri iin saptrma

katsays,

= A+( )K1

B

+(3.19)


48/98

38

, akm saptrma katsays 0 ile 1 arasnda deimektedir. (Rae ve Pope, 1984, s.78).

ayet dinlenme odasnda birden fazla elek varsa, elekler arasndaki mesafe yle

belirlenmelidir ki arkadaki elek ndeki elekten etkilenmesin. Tecrbeler elekler

arasndaki mesafenin ve en son elek ile kollektrn girii arasndaki mesafenin

dinlenme odas hidrolik apnn en az 0.2 kat; ilk elek ile bal petei arasndaki

mesafenin ise dinlenme odas hidrolik apnn 0,1- 0,2 kat arasnda olduu

durumlarda akmn daha kaliteli bir biimde niformlatrlabildiini gstermektedir


3.6.4. Difzr

Difzr rzgar tnelinde deney odasnn hemen ardnda yer alan, genleyen bir

kanal olup grevi deney odasnda yksek hza sahip olan akmn yavalamasn

salamaktr. Akmn yavalatlmas ak devreli bir rzgar tnelinde akmn

atmosfere atlmas srasnda ortaya kacak olan enerji kayplarn azaltmas

bakmndan nemlidir. Kapal devreli tnellerde ise deney odasndan sonraki

kanallarda kayplarn az olmas bakmndan ve tnel pervanesinin verimli almas

asndan nemlidir.

deal bir akm iin bir boyutlu hareket denklemi,

d (2

V 2) +

dp

= 0 (3.20)

olup bu ba

nt

dan, ak

m

n yavalamas

halinde birim ktle ba

na kinetik enerjisininazalaca, ancak hibir kayp olmad takdirde azalan kinetik enerjinin tamamen

basn enerjisine dnecei grlmektedir.

deal bir difzrden beklenen, deney odasndan kan akm yavalatrken, kinetik

enerjisinin de hibir kayba neden olmakszn basn enerjisine dntrmesidir.

Ancak bu mmkn deildir. Dolaysyla tasarm probleminde hedef kayplarn

minimum olmasn salayacak difzr geometrisinin elde edilmesidir. Nitekim

difzr performans, kinetik enerjiyi basn enerjisine kaypsz olarak


49/98

39

dntrebilme kapasitesiyle llr.

Deney odasndan kan akm difzr olmakszn dorudan atmosfere atlrsa akmn

kinetik enerjisinin tamam da ortama yaylr. Bu durumda akm kalitesini korumak

iin ayn miktarda enerjiye ihtiya vardr. (Punkhurst ve Holder, 1952)

te yandan, ses alt akmlarda oluan bozuntularn akmn geli ynnde de

yaylabildii hatrlanrsa difzr ierisindeki akmda meydana gelebilecek herhangi

bir bozulmann deney odasndaki akm artlarn da etkileyebilecei anlalr. Bu

bakmdan da difzrn ok dikkatli birekilde dizayn edilmesi gerekir.

Difzrn performansn deney odasndan difzre giren akmn kalitesiyle, bizzat

difzr ierisindeki akmn geliimi belirler. Difzr ierisinde akmn geliimi

difzrn geometrisine bal olup, bu hususla ilgili nemli parametrelerin, difzrn

genileme oran, genileme as ve dik kesit ekli olduu belirtilebilir (Gorlin ve

Slezinger, 1966).

Difzrler genel olarak kanal biiminde (kare veya dikdrtgen kesitli) ya da konikolarak tasarlanrlar (ekil 3.14).

ekil 3. 14 Difzr geometrisi (Rae ve Pope, 1984)

Difzrn genileme oran ( nd ) k kesiti ile giri kesiti arasndaki orandan ibaret

olup, genellikle kollektr daralma oran civarnda seilmesi tavsiye edilmektedir

(Gorlin and Slezinger, 1966, s.35, Punkhurst and Holder, 1952, s.56). Difzrn giri

kesidinin alan ile deney odasnn k kesidi alan ayn olup, difzrn kkesidinin alan seilen difzr genileme oranndan hareketle,


50/98

40

A 2 = n d . A 1 (3.21)

Burada A1 difzrn giri kesit alan, A2 ise k kesitinin alandr.

Difzr genileme as iin en ideal deer 7 olarak tavsiye edilmektedir (Gorlin ve

Slezinger, 1966, Punkhurst ve Holder, 1952). Genileme asnn 8 den fazla

olmas halinde difzr boyunca oluacak ters basn gradyant difzr duvar

zerindeki snr tabakann ayrlmasna yol aarak difzr performansnn ve bunun

yannda deney odas akm kalitesinin dmesine neden olabilir. Difzr asnn

kk olmas ise, seilmi bir difzr genileme oran iin difzr boyunun gereksiz

yere artmas

na neden olur ki, bu durumda difzr s

n

r tabakas

ok kal

nlaarakenerji kaybna neden olabilir. Kayplarn minimum seviyede olmas iin difzrn i

yzeyi de przsz olmaldr. Yzey przllnden dolay ortaya kan srtnme

kuvvetlerinin olumsuz etkileri hza bal olarak deiir. Yani yksek hzlarda

Reynolds saysndaki artla birlikte srtnme katsays da der

ekil 3.15 Srtnme katsaysnn Re saysna bal olarak deiimi (Gorlin ve Slezinger, 1966)

Difzrn uzunluu, genileme as ve genileme oran dikkate alnarak, (Gorlin

and Slezinger, 1966, s.35)

L d =)2/tan(2

DD

d

1d2d

(3.22)

Burada L d difzrn uzunluunu, d genileme asn, D 1d giri kesitinin, D 2d de

k

kesitinin hidrolik ap

n

belirtmektedir.


51/98

41

Difzrn verimini bulmak iin eitli almalar yaplmtr. Erim ve di.,

sktrlamaz akta difzr verimini, difzr boyunca her hangi bir noktada

akkann birim ktlesi bana kinetik enerjisindeki azalma -d(V2

/2) iken basn

enerjisindeki art, d.d(V2

/2)eklinde difzr verimine balayarak tanmlamtr

(Punkhurst ve Holder, 1952). Buna gre kayplarn olmad ideal bir difzr iin iki

kesit arasnda daha nce de yazlan (3.20), bir boyutlu hareket denkleminin benzeri

kaypl halde,

d.d

2

V2+

dpolarak yazlabilir. (3.23)

buradan integre edilerek veya yeni bir dzenleme ile,

d =

2

1

22

1

12

V

V1V

2

1

pp (3.24)

bulunur Ayrca sreklilik denklemi gerei , A1 difzrn giri , A 2 de k kesit

alan; V1giri, V2de k hz olmak zere,

1

2

V

V=

2

1

A

A

olup bu eitlik yukarda kullanlarak

d =

2

2

12

1A

A1V

2

1

H (3.25)

olarak ifade edilebilir. Burada H deeri,

H = ( ) ( )122

2

2

1 ppVV2

1

(3.26)


52/98


53/98

43

ikinci kriter ise fan pervane dzlemindeki en byk teetsel hzn 200 m/sn' den

kk veya eit olmasdr. te yandan tnel hznn kontrol edilmesi fann devir

hzn deitirmekle mmkndr. Fan pervanelerinin u hz (VT) kesinlikle ses

hzna yaklamamaldr. Aksi halde pervane ularnda oluacak transonik akmlar

nedeniyle fan verimi decei gibi deney odasndaki alma artlar da olumsuz

etkilenecektir. Ayrca fan pervanelerinde titreim ve rpnt meydana gelmemesi

gerekir.

Vt = 200

2

D ff m/sn (3.30)

f=60

n.2(3.31)

Burada Df fan pervanesinin ap (m), n motor devri (dev./dk.) ve f fann asal

hzdr (rad/sn). Fan pervaneleri ile tnel duvar arasnda da belli bir miktar boluk

olmaldr. Mmkn olduunca kk olmas tercih edilen bu boluun fan pervanesi

apna bal olarak deiimi Tablo 3.1 de sunulmutur.

Tablo 3.1. Fan kanatlar ile tnel duvar arasndaki mesafe;

(Mehta ve Bradshaw, 1979)

Fan kanatlarnn ap Tnel duvaryla arasndaki mesafe

5 m den byk 30-40 mm

2-5 m aras 20-30 mm

2 m den kk 5-15 mm

Fan bir elektrik motoru yardmyla altrlr. Sz konusu motor, fann istenen

deerlerde asal hz retmesini, dolaysyla tnelde hava akm elde edilmesini

salar. Motorun tnelin dnda bir yere monte edilmesi daha yaygn bir kullanm

eklidir.

Rzgar tnellerinde kullanlan fanlar, fann gcne yani basma yksekliine(meydana getirecei basn farkna) dikkat edilerek seilir. Bu zelliklerdeki fanlarn


54/98

44

belirlenmesi iin tnelin her bir blmnde meydana gelen kayplar ve deney

odasndaki akmn debisi kriter olarak seilir. Pratikte kullanlan fanlar genel olarak

eksenel (ekil 3.3) ve radyal (santrifj) (ekil 3.4) fanlar olarak ikiye ayrlrlar.

Eksenel fanlar rzgar tnellerinin byk ounluunda kullanlan fan tipidir. Kapal

devre rzgar tnellerinin hepsinde bu tip fanlar kullanlr. Genelde ak evrimli

rzgar tnellerinde difzr sonuna, kapal evrimIi rzgar tnellerinde ise ikinci

keden sonraki blgeye yerletirilir. Eksenel fan akkana eksenel ynde bir

ilerleme hareketi kazandrrken, fan kanatlarnn tasarmndan dolay kanatlarn

dn ynnde bir dnme hareketi de meydana getirebilir. Bu durum akm ierisinde

girdaplarn olumasna neden olur. Oysa akm izgilerinin tnel eksenine paralel

olmas istenmektedir. Bu durumun nne gemek iin fanlar akm dorultucu

kanatlar ile takviye edilirler. Sz konusu kanatlar fann gerisine yerletirilmi sabit

kanatlar, fann n tarafna yerletirilmi hareketli kanatlar ile fandan sonra ters ynde

dnen ve asl fandan kan girdaplar tamamen ortadan kaldrmaya yarayan ikinci bir

fandr. Akm dorultucu kanatlarn iyi dizayn edilmesi ile fan kndaki akm

ierisindeki girdap ve vortex etkisi elimine edilebilir.

Eksenel fanlar, pervane u ksmlarnda transonik hzlara erime gibi bir sorun

yaanmamas iin, rzgar tnelinde hzn dk olduu bir yere monte edilir. Ak

evrimli rzgar tnellerinde bu yer genellikle difzrn sonudur (Punkhurst ve

Holder, 1952).

Fan ve kayplar arasndaki ilikiyi anlamak iin fann yerletirildii kanal ierisinde

iki nokta aras

nda Bernoulli denklemi yaz

ld

nda,

P + 2V2

1 = Sabit (3.32)

2

h

2

22

2

11

2

V

D

Lk

2

VP

2

VP++

=+

(3.33)

kayplardan dolay statik basnta P kadar bir dme meydana geldii grlr.

Burada L difzrn uzunluu, Dh difzrn hidrolik apdr. k kayp katsaysnn


55/98

45

deeri ise ,

k =

q

P

AV2/1

A.P2

=

(3.34)

flemeli tip (blower type) rzgar tnellerinde kullanlan ve tnelin giri blmne

yerletirilen dier bir fan da radyal tip fanlardr. Radyal fanlar dzgn hava akm

elde etme imkan saladklar iin trblans seviyesinin dk olmasnn istendii

kk ses alt rzgar tnellerinde daha ok tercih edilirler. Ayrca deiik alma

artlarnda yksek verimde alabilme imkan da salamaktadr.

3.7. Rzgar Tnellerinde Enerji Kayplarnn Hesaplanmas

Rzgar tnellerinin eitli blmlerinde meydana gelen kayplar tnelin

performansn dorudan etkiledii iin hesaplanmas gerekir. Rzgar tnellerindeki

enerji kayplar genellikle yzey przll ve akm artlarna bal olarak deien

srtnme kuvvetleri ile tnel elemanlarnn geometrisine de bal olarak meydana

gelen lokal akm ayrlmalar, trblans ve girdaplarn neden olduu basn

kayplarndan kaynaklanr. Sz konusu kayplar genellikle difzr, bal petekleri ve

eleklerde olur. Ancak akm ile temas eden tm yzeylerde kayplar olaca iin

rzgar tnelinin dier elemanlarnda meydana gelen kayplar da hesaplanmaldr.

Ancak ne var ki tnel ierisindeki akmn geliimi tnelin her bir elemannda farkl

olduu ve bu elemanlarn akmn giri ve k koullarndan ayn derecede

etkilenmedikleri iin kayp katsaysnn bulunan deerleri yaklak deerler olacaktr.

Yzey srtnmelerinden dolay meydana gelen basn kayplarn hesaplamak iinaadaki formller kullanlr.

iP = Ki qi (3.35)

qi = V2

1 i

2 (3.36)

Burada Ki tnelin her bir elemanndaki kayp katsaysn, iP basn deiimini, Vi


56/98

46

hz, qi dinamik basnc ifade etmektedir. (3.35) bantsnda eitliin sa taraf deney

odasndaki dinamik basnla (qd =2

dV2

1 ) arplp blnrse basn katsaysn kesit

alanlara balayan bir ifade elde etmek mmkn olur. Zira dinamik basncn kesit

alannn karesiyle ters orantl olarak deitii bilinmektedir. Ad deney odasnn, Ai

kayplarn hesapland blmn kesit alan olmak zere,

Pi = Ki d2d

2

i qA2/1

A2/1

(3.37)

eklinde ifade edilen (3.37) ba

nt

s

n

sreklilik denklemini kullanarak h

zlarla kesitalanlar arasndaki iliki aadaki formller yardmyla hesaplanr.

Vi /Vd = Ad /Ai (3.38)

Pi = Ki

2

i

d

A

Aqd (3.39)

olarak dzenlemek mmkndr. (3.39) bants deiik eki

Date post:	04-Apr-2018
Category:	Documents
Upload:	cdogalgmailcom
View:	273 times
Download:	10 times

Emili Tip Bir Sesalti Rzgar Tneli Tasarimi Ve Bilgisayar Destekli Simulasyonu Suction Type Subsonic...

Documents