Motion of multiple rigid bodies in channel flow: Impact phenomena

Abstract

Bu çalışmada ince düz bir kanalda akışkan ile tek bir cisim veya bir kaç cisim arasındaki etkileşim, hem analitik hem de nümerik olarak incelenmiştir. Serbest hareket eden cisimler (veya parçacıklar) ile onları çevreleyen akışkan arasındaki etkileşim incelenmektedir. Bu araştırma, endüstrinin farklı dallarında, biyomedikal alanda, çevre bilimlerinde ve diğer bilimsel alanlardaki uygulamalardan esinlenmiştir. Bu uygulamalar arasında uçan damlacıklar, buz oluşumu, toz çarpışmaları, gıda taneleri, spor, karmaşıklık ve fırtınalar gibi olgular bulunmaktadır. İki boyutlu kararsız veya yarı-kararlı akışta, akışkan ile cisim arasında iki yönlü doğrusal olmayan bir etkileşim meydana gelmektedir. Tez aşağıdaki aşamalardan oluşmaktadır; ilk aşamada, belirli bir kalınlığa ve/veya kamberliğe sahip küçük bir cisim ile akışkan arasındaki doğrusal olmayan etkileşim modellenmiştir. Bu modelin karakterizasyonu açıklanacaktır. Başlangıç koşullarına, gövde kütlelerinin ve atalet momentlerinin karşılaştırılmasına bağlı olarak, gövde-gövde çarpışmalarının duvar-gövde çarpışmalarına göre meydana gelmesi ve buna bağlı çarpışma sürelerinde önemli ilişkiler tespit edilmiştir. Daha sonra, cisim ile kanal duvarlarından biri arasındaki olası bir etki ayrıntılı olarak tartışılacak ve bazı analitik yaklaşımlar sunulacaktır. Son olarak, yarı kararlı akış düzeneğindeki bir kaç tanecik hareketi incelenmiştir. Bu araştırmanın endüstriyel alandaki bazı problemlerin analiz ve simülasyon çalışmalarında iyileştirmeler sağlaması ve ilgili alanda yenilikçi yaklaşımlara katkıda bulunması beklenmektedir. Uçak motorlarına zarar verebilecek yabancı partiküllerin ayrıştırılmasını sağlayan partikül ayırma sistemleri ve gıda teknolojileri alanında gıda ayrıştırma, modelin başlıca uygulama alanları arasında yer almaktadır. Çalışma, nümerik sonuçların yanı sıra analitik çalışmaları da içermektedir.The interaction between fluid and a single body or multiple bodies in a thin straight channel investigated both analytically and numerically. The interaction between free moving bodies (or particles) and the fluid surrounding them is studied. It is motivated by applications in different branches of industry, biomedicine, the environment and science such as flying droplets, ice growth, dust, impacts, food grains, sport, complexity and storms. A two-way nonlinear interaction takes place between the fluid and the body in two dimensional unsteady or quasi-steady flow. The study consists of the following stages; In the first stage, the nonlinear interaction between a small body with a certain thickness and/or camber and the fluid is modelled. The characterisation of this model will be described. Significant dependences on initial conditions and on the comparative body masses and moments of inertia are found for the occurrence of body-body impacts as opposed to wall-body impacts and for the associated impact times. Then, a possible impact between the body and one of the channel walls is discussed in detail and some analytical approach is presented. Finally, the movement of multiple bodies in a quasi-steady flow setting is analysed. This research is expected to provide improvements in the analysis and simulation studies of some problems in the industrial field and contribute to innovative approaches in the related field. Particle separation systems that provide the separation of foreign particles that can damage aircraft engines and food separation in the field of food technologies are among the main application areas of the model. The study includes numerical results as well as analytical studies.