Dairesel Silindirlerin Girdap Kaynaklı Titreşimlerine Serbest Su Yüzeyi Etkisinin Deneysel ve Sayısal Olarak İncelenmesi

Abstract

Girdap kaynaklı titreşimler (GKT), çeşitli yapı tiplerinde, açık deniz yapılarından durağan ve yüzen platformlara kadar, lineer olmayan bir akış–yapı etkileşimi fenomeni olarak karşımıza çıkmakta ve bu durum genellikle yapısal hasara ve istikrarsızlığa neden olmaktadır. Ancak, son yıllarda yapılan bazı GKT çalışmaları, fenomeni doğrudan yenilenebilir enerji üretimi için kullanmaya ya da çeşitli şekillerde yararlanmak amacıyla cihazlar geliştirmeye odaklanmıştır. Bu çalışmada, GKT’nin hem yıkıcı–tahrip edici özelliklerinden kaçınmaya hem de fenomenden yararlanmayı amaçlayan araştırmaların sıklıkla karşılaştığı ortak problemlerden biri olan serbest su yüzeyi etkisini yüksek Reynolds sayılarında inceleme amaçlanmıştır. Bu amaçla, serbest yüzeye yakın bir konumda bulunan dairesel bir silindirin GKT'si üzerine yapılan sayısal ve deneysel araştırmaların bulguları sunulmakta ve tartışılmaktadır. Çalışmada öncelikle, serbest su yüzeyinden yeterince uzakta konumlandırılan bir silindirin GKT performansı deneysel olarak verilmiştir. Ardından aynı silindir kademeli olarak yüzeye yaklaştırılmış ve sonunda sakin suda silindir üst noktası serbest su yüzeyi hizasında olacak şekilde konumlandırılmıştır. Serbest su yüzeyinden yeterince uzakta olduğu koşulda en yüksek genlik ürettiği kenetlenme durumundaki kütle oranı, yay sabiti, Reynolds sayısı gibi deneysel parametreler sabit tutularak sadece su içindeki derinliği değiştirilmiş ve her yeni koşul için hareketli silindir etrafındaki akış özelliklerine ve GKT performansına izahat getirilmiştir. Çalışma, serbest yüzey etkisi altında GKT hareketi gözlemlenen dairesel silindirin salınım genliğinin, frekansının ve faz farkının su içindeki derinliğine bağlı olarak kontrol edilebileceğini ve düzenlenebileceğini göstermektedir. Bu bulgular, açık denizde yerleştirilen rüzgâr türbinleri, dalga enerjisi üreteçleri, hidrojen ve güneş enerjisi tesisleri gibi birçok potansiyel uygulamanın daha güvenli ve uzun ömürlü olmasına sağlamasına katkı sağlayacak niteliktedir. Çalışmada, önerilen sayısal yöntem, parametrik analiz ve ana sonuçlar detaylı bir şekilde sunulmaktadır.