Dikdörtgen tank içerisindeki çalkantı hareketinin deneysel ve nümerik olarak incelenmesi

Abstract

Çalkantı en genel haliyle kısmen dolu bir kap içerisinde bulunan sıvının yaptığı hareket olarak tanımlanabilir. Sıvının yaptığı bu çalkantı hareketi sonrası sıvı yüzü profili değişmektedir. Sıvı yüzü profilindeki bu değişim, sıvının içerisinde bulunduğu tanka ek dinamik etkiler doğurmasına neden olacaktır. Sıvının doğal periyodu ve içerisinde bulunduğu nesnenin hareket periyodu birbirlerine yaklaştığında çalkantı etkisi çok daha fazla hissedilecektir. Bu tez çalışmasında, dikdörtgen bir tank içerisindeki çalkantı hareketinin deneysel ve nümerik olarak incelemesi gerçekleştirilmiştir. Literatürde çalkantı hareketinin anlaşılması adına yapılmış birçok çalışma mevcuttur. Bu çalışmayı diğer çalışmalardan farklı kılan çalkantı hareketinin deney video görüntülerinin görüntü işleme yazılımı kullanılarak analiz edilmesiyle anlaşılmasına ağırlık verilmesidir. Görüntü işleme sistemi ile elde edilen deneysel sonuçlar bir başka deneysel yöntem olan ultrasonik mesafe ölçer sensörlerle doğrulanmıştır. Tez çalışmasında çalkantı hareketinin anlaşılmasında çalkantı etkisine maruz kalan sıvının serbest yüzey derinlik değişimlerinin belirlenmesine öncelik verilmiştir. Deney tankı üzerinde iki adet ölçüm noktası belirlenmiş ve bu noktalardaki su derinliğinin zamanla değişiminin deneysel ve nümerik sonuçlarının karşılaştırılması gerçekleştirilmiştir. Çalışmada ayrıca çalkantının içerisinde bulunduğu nesne üzerinde yaratacağı basınç etkisi, Madrid Politeknik Üniversitesi'nde dikdörtgen bir tank içerisinde gerçekleştirilmiş çalkantı hareketinin deneysel sonuçlarının RANS denklemlerine dayanan ve serbest yüzeyli akımların çözümünde başarılı sonuçlar veren FLOW-3D yazılımı ile karşılaştırılmasıyla irdelenmiş ve sonuçların uyum içerisinde olduğu gözlenmiştir. Deneysel sonuçlar ile nümerik sonuçlar karşılaştırıldığında sonuçların uyum içinde olduğu anlaşılmaktadır.

Sloshing is most commonly described as the movement of a liquid in a partially filled container. Free surface profile changes after sloshing movement of liquid. This change in the liquid surface profile will cause additional dynamic effects on the tank in which the liquid is contained. The sloshing effect will be felt much more when the natural period of the liquid and the period of motion of the object within it approach each other. In this thesis study, an experimental and numerical study of the sloshing movement in a rectangular tank was carried out. There are many studies in the literature in order to understand the sloshing movement. The focus of this study is to understand the behavior of the sloshing movement, which is different from the other studies, by analyzing the experimental video images using image processing software. Experimental results obtained with the image processing system have been confirmed with ultrasonic distance measuring sensors, which is another experimental method. In the thesis study, in understanding the sloshing movement, priority has been given to determining the free surface depth changes of the liquid exposed to sloshing effects. Two measurement points were identified on the test tank and the experimental and numerical results of the water depth changes over time were compared. In this study, a sloshing experiment for a rectangular tank at Madrid Polytechnic University was considered and its experimental results were compared with FLOW-3D computational fluid dynamics software, which is based on the RANS equations and yields very successful results in the solution of free surface flows. When the experimental results are compared with the numerical results, numerical data are generally in good agreement with the experimental data.