Engel yerleşimlerinin sıvı çalkantısının sönümlenmesine etkisinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi

Abstract

Tez çalışmasında, dikdörtgen kesitli bir deney tankı içerisindeki sıvının çalkantı hareketleri incelenmiştir. Frekans kontrollü bir sarsma tablası kullanılarak, deney tankının engelsiz ve engel bulunan koşullarında sıvı çalkantısının dinamiklerini analiz etmek için bir dizi deney gerçekleştirilmiştir. Engelsiz durum için, farklı uyarma frekansları, uyarma genlikleri ve doluluk seviyelerinde deneysel çalışmalar yürütülmüş; engel bulunan durumlarda ise, tank tabanına yerleştirilen farklı sayı ve dizilimdeki engellerin çalkantı davranışına etkileri, çeşitli uyarma frekansları ve sıvı derinlikleri altında araştırılmıştır. Deney tankı ile birlikte hareket etmesi sağlanan akıllı telefon kamerası ile kaydedilen video görüntüler sayesinde, sıvı çalkantı hareketleri görüntü işleme teknikleri kullanılarak detaylıca analiz edilebilmiştir. Su seviyesi değişimlerine ait farklı noktalarda sanal derinlik ölçer ile elde edilen deneysel ölçümler, lineer teoriye dayanan analitik çözümler ve Reynolds Ortalamalı Navier-Stokes (RONS) denklemlerine dayanan sayısal model sonuçları ile kıyaslanmıştır. Sayısal analizler, serbest yüzeyli akımların çözümünde başarılı sonuçlar veren FLOW-3D HYDRO yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasında, çalkantı hareketinin incelenmesi sürecinde geleneksel sensör ölçümlerinin kısıtlamalarına karşın, zamana bağlı serbest su yüzeyi değişimlerini analiz etmek için özgün bir görüntü işleme algoritması geliştirilmiştir. Bu algoritma, zamanla değişen çalkantı hareketinin video kayıtlarından elde edilen görüntülerdeki piksellerin detaylı analizini yaparak, tank boyunca her bir noktada meydana gelen maksimum veya minimum su seviyelerinin tek bir görüntü üzerinde belirlenmesine olanak sağlamaktadır. Çok sayıda görüntüyü tek bir görüntüye indirgeyerek zaman içindeki çalkantı davranışını daha anlaşılır ve basit bir şekilde gösteren bu yeni metodoloji, akışkanlar dinamiği ve mühendislik uygulamalarındaki birçok problemin çözümüne katkı sağlayacaktır. Tez kapsamında engelsiz ve engel bulunan koşullar için gerçekleştirilen deneylerde çalkantı davranışının analizlerinde bu yeni yaklaşım temel alınmıştır.

In this dissertation, liquid sloshing motion in a rectangular tank was investigated. Using a frequency-controlled shake table, a series of experiments were conducted to analyze the dynamics of liquid sloshing in the tank with and without baffles. In the absence of baffles, experimental studies were carried out at various excitation frequencies, excitation amplitudes, and fill levels; whereas, in the presence of vertical baffles, the effect of different number and arrangement of baffles placed on the tank bottom on sloshing behavior was examined under various excitation frequencies and liquid depths. Thanks to the video images recorded with the smartphone camera that moved with the experimental tank, liquid sloshing motions could be analyzed in detail using image processing techniques. Experimental measurements of water level variations obtained with virtual depth gauge at different points were compared with analytical solutions based on linear theory and numerical model results based on Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations. Numerical analyses were performed using FLOW - 3D HYDRO software, which gives successful results in solving free surface flows. In the study, a novel image processing algorithm was developed to analyze time-dependent free water surface variations, despite the limitations of traditional sensor measurements during the examination of sloshing motion. This algorithm provides detailed analysis of the pixels in the images obtained from the video recordings of the time-varying sloshing motion, making it possible to determine the maximum or minimum water levels occurring at each point throughout the tank on a single image. This new methodology, which shows the sloshing behavior over time in a more comprehensible and simple way by reducing a large number of images to a single image, will contribute to the solution of many problems in fluid dynamics and engineering applications. Within the scope of the thesis, this new approach was taken as the basis for understanding and analyzing the sloshing behavior in the experiments conducted with and without baffled conditions.