Deneysel Akışkanlar Mekaniğinde Eğitim Amaçlı Su Tüneli Tasarımı

Abstract

Su tünelleri, akışkanlar mekaniği alanında özellikle parçacık izleme, akış görselleştirme ve
türbülanslı akışların analizi gibi uygulamalarda yaygın olarak kullanılan, kontrollü bir ortamda akışın
oluşturulmasını sağlayan temel bir deney düzeneğidir. [3] Ancak, ticari su tünellerinin yüksek maliyetleri,
büyük boyutları ve kurulum zorlukları, eğitim ve araştırma kurumlarında bu sistemlere erişimi önemli
ölçüde kısıtlamaktadır. Bu çalışmada, eğitimde kullanılmak üzere tasarlanan, düşük maliyetli bir su
tünelinin tasarım ve imalat süreci ayrıntılı olarak sunulmaktadır.[3] Amaç deneysel su tünellerinin temel
yapısal özelliklerini, çalışma prensiplerini ve birçok farklı mühendislik alanlarındaki kullanım biçimlerini
farklı ölçüm teknikleri kullanarak kapsamlı bir biçimde incelemektir. Tasarım aşamasında kıyaslama
yapılırken ortam koşullarına en uygun kullanışlı tasarım tercih edilmiştir. Açık devre prensibiyle çalışan
sistem, 2 m × 0.7 m × 0.5 m boyutlarında cam bir tank, PVC merkez kanal, değişken debili bir su pompası
ve akış yönlendirici elemanlardan oluşmaktadır. Yapısal elemanlarda çelik, cam malzeme ve paslanmaz
çelik tercih edilerek uzun ömürlü ve stabil bir deney ortamı sağlanmıştır. Cam, akrilik veya şeffaf PVC'ye
göre üstün optik netlik, çizilme ve bulanıklık direnci sunduğundan görsel deney kalitesi açısından tercih
edilmiştir. İmalat sürecinde düşük maliyetli fakat etkili yapıştırıcı ve sızdırmazlık malzemeleri (silikon
macunu, PVC yapıştırıcısı vb.) kullanılarak toplam maliyet 3.250 – 3.750 USD aralığında tutulmuştur.
Sistem, 0.1–1 m/s arasında ayarlanabilir akış hızları ile farklı Reynolds sayılarında görsel ve nicel deneylere
olanak sağlamaktadır. Tünel tasarımı CAD yazılımları (SolidWorks, AutoCAD) ile optimize edilmiş;
prototip doğrulama çalışmalarıyla performansı test edilmiştir. Ayrıca, maliyet analizi sonuçları, benzer
özelliklere sahip ticari sistemlere kıyasla oldukça ekonomik ve erişilebilir bir çözüm sunduğunu
göstermektedir. Sistem, taşıma esnasında oluşabilecek yapısal deformasyonları önlemek amacıyla yerinde
montaj yöntemiyle kurulmuştur. Bu çalışma, düşük bütçeli araştırma ortamlarında deneysel akışkan
dinamiği çalışmalarının yaygınlaştırılmasına katkı sağlamayı ve eğitimde kullanılabilirliği artırmayı
hedeflemektedir.