Türbülans modellerinin DARPA SUBOFF statik sürükleme testi üzerinden incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada DARPA SUBOFF su altı aracının manevra benzetimlerinde kullanılacak hidrodinamik katsayılarının hesaplanmasında izlenecek yöntem statik sürükleme (İng. static drift) test benzetimleri ile belirlenmiştir. Su altı araçlarının manevralarının belirlenmesinde kullanılan hidrodinamik katsayıların sayısal olarak yeterli doğrulukta elde edilmesi, çözümlemelerde kullanılan çözüm ağı ve türbülans modelleri ile ilişkilidir. Çalışmada ticari yazılım olan ANSYS Workbench yazılımı kullanılmıştır. Uygun çözüm ağı büyüklüğünün belirlenmesi Richardson Extrapolation metoduna dayalı Grid Convergence Index (GCI) yöntemi ile yapılmıştır. Bu yöntemle Spalart Almaras türbülans modeli kullanılarak üç farklı çözüm ağı büyüklüğü ile elde edilen sonuçların etrafındaki ayrıklaştırma hata bandı tahmin edilmiştir. Bunun yanısıra bu çözümler 14 milyon Reynolds sayısında 0 ila 18 derece yana kayma açılarında yapılan testlerin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Eleman sayısındaki artış ile çözümleme sonuçlarının deneysel veriye yaklaştığı gözlenmiştir. Uygun çözüm ağı seçiminin ardından Realizable k-ε ve SST k-ω modelleri ile analizler tekrarlanarak türbülans modeli opsiyonları incelenmiştir. Çalışmanın sonucunda, 18 derece yana kayma açısına kadar bir-denklemli Spalart Almaras türbülas modelinin pratik uygulamalar için uygun olduğu değerlendirilmiştir. Yüksek kayma açılarının ele alınması gereken durumlarda iki-denklemli SST k-ω türbülans modelinin kullanımının tekrar değerlendirilmesi tavsiye edilmektedir.