Sıcak tel probunun von Karman benzerlik çözümü ile kalibrasyonu

Abstract

Sıcak tel anemometreleri, bir akışkan içerisinde belirli bir noktadaki akışın hızını ve yönünü hassas bir şekilde ölçmek için kullanılan cihazlardır. Çalışma prensibi, akışkan ortama yerleştirilmiş olan silindirik şekildeki bir sıcak tel üzerinden akış olduğunda, telde meydana gelen ısı kaybı ile akışın hızı arasında oluşan bağıntıya dayanmaktadır. Sabit akım ve sabit sıcaklık metotlarını kullanan iki çeşit sıcak tel anemometresi vardır. Bu çalışmada sabit sıcaklık anemometresi ele alınmıştır. Bu tip anemometrelerde, tel probun üzerinden elektrik akımı geçirilerek telin sıcaklığının sabit kalması amaçlanmaktadır. Prob üzerinden geçen akış hızı arttıkça telin kaybettiği ısı miktarı artacak dolayısıyla da teli sabit sıcaklıkta tutmak için gerekli olan elektrik akımı artırılacaktır. Bu sayede akışın hızı ile kullanılan elektrik akımı arasındaki bağıntı kullanılarak akış hızı anlık olarak hassas bir şekilde ölçülebilmektedir. Sıcak tel problarının kullanımları öncesinde hızı bilinen bir akış içerisinde kalibre edilmeleri gerekmektedir. Bu kalibrasyon çoğu zaman laminer boru akışı ile veya rüzgar tünelleri ile yapılmaktadır. Ancak bazı özel akış konfigürasyonlarında akış hızını belirlemek olanaksız olmaktadır. Bu tip akışlara en güzel örneklerden birisi üç boyutlu sınır tabaka akışlarının güzel bir temsili olan dönen disk üzerindeki akıştır. Dönen disk akışlarında bilinen bir serbest akış hızı olmadığı için bu deney düzeneklerinde kalibrasyonun farklı bir sistemde yapılması ihtiyacı doğmaktadır. Bu mecburiyet, probun düzenekler arasında taşınması sırasında hasar görmesi ve de zaman kaybı gibi deneysel riskleri artırmaktadır. Bu çalışmada, bu sorunu ortadan kaldırmak için von Kármán tarafından dönen disk akışları için elde edilen Navier-Stokes denklemlerinin benzerlik çözümü, sıcak tel probunun kalibrasyonu için kullanılmıştır.