2026-03-02 13:03:47
Konuşmacı: Irmak Taylan Karpuzcu Doktora Adayı, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü University of Illinois at Urbana-Champaign, Illinois, ABD
Yüksek Hızlı Akışların Kinetik İncelenmesi: Denge-Dışı, Termokimya ve Kararlılık Hususları
Tarih: 6 Mart 2026 (Cuma)
Saat: 13:30
Yer: EA-101


ÖZET

Bu konuşma, yüksek irtifalardaki yüksek hızlı akışların kapsamlı bir kinetik analizini sunmakta ve denge-dışı olgular ile akış kararsızlıklarının yakalanmasında yüksek doğruluklu sayısal yöntemlerin kritik rolünü vurgulamaktadır. Sunum iki ana bölümden oluşmaktadır: kinetik yöntemlerin etkin araçlar olarak kullanılabileceği kapsamı göstermek üzere denge-dışı termokimya ve kararsızlık incelemeleri.

İlk bölüm, hipersonik akışlarda nitrik oksit (NO) ultraviyole (UV) emisyonlarının incelenmesine odaklanmaktadır. Bu emisyonlar, yer test tesislerindeki lazer ölçümleri ve hipersonik hava araçlarının uçuş testleri için yüksek doğruluklu termokimyasal modellerin titiz bir doğrulama aracı niteliğindedir. Çarpışmalı-ışımalı modeller, Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) akış alanlarına uygulanan quasi-steady-state (QSS) ve overlay mass transport (MassTR) yaklaşımları kullanılarak N2 ve NO’nun UV ışınım özelliklerini belirlemede kritik öneme sahip elektronik kuantum durum popülasyonlarını tahmin etmek üzere oluşturulmuştur. Sonuçlar, elektronik kuantum durumlarının oluşumu ile akış taşınımının birlikte ele alınmasının — ki bu özellik düşük doğruluklu modellerde çoğu zaman basitleştirilir — genleşme ve iz bölgelerinde önemli ölçüde daha yüksek popülasyonlara ve dolayısıyla daha güçlü ışınıma yol açtığını göstermektedir. Ayrıca çalışma, NO emisyon profillerinin oksijen ayrışma modellerine ve titreşimsel tercih mekanizmalarına duyarlılığını ortaya koyarak, ışınım imzalarının doğru tahmini için ayrıntılı kinetik tanımların gerekliliğini vurgulamaktadır. Bu ışınım imzalarının doğru tahmini, atmosfere yeniden giriş yapan uzay araçlarında ısıl koruma sistemlerinin tasarımı ve iletişim kesintisinin azaltılması açısından kritik öneme sahiptir.

İkinci bölüm, süpersonik ve hipersonik araçlarda yaygın bir geometri olan yüksek hızlı sıkıştırma rampası akışlarında akış düzensizliklerini ve kararlılığı incelemektedir. Bu akışlar; şoklar, kayma tabakaları ve büyük ayrılma bölgeleri arasındaki karmaşık etkileşimleri içerir ve türbülansa geçişi tetikleyerek ısı transferi ve yapısal bütünlüğü etkileyebilir. Parçacık-kinetik DSMC yöntemi; Spectral Proper Orthogonal Decomposition (SPOD) gibi veri odaklı yöntemler ve süreklilik temelli BiGlobal doğrusal kararlılık analizi ile birlikte kullanılmaktadır. DSMC, şok tabakalarının iç yapısını ayrıntılı biçimde çözümleyebilmesi ve süreklilik yaklaşımlarının kaçırabileceği denge-dışı etkileri yakalayabilmesi nedeniyle özellikle etkilidir. Bu yaklaşım; yeniden yapışma şoku salınımları ve Kelvin–Helmholtz kararsızlıkları gibi temel düzensizlik mekanizmalarını ortaya koymaktadır. Dikkat çekici olarak, yalnızca iç şok yapılarının yakalandığı kinetik simülasyonlarla çözülebilen, ön kenarda daha önce bilinmeyen ilerleyen bir küresel mod keşfedilmiştir. Konuşmada ayrıca bu kararsızlıkların doğrusal olmayan evrimi ele alınacak ve geçiş sürecinin ayırt edici göstergeleri olan lambda girdaplarının oluşumu, kinetik bir simülasyonda ilk kez gözlemlenen bir bulgu olarak sunulacaktır. Bu kararsızlık mekanizmalarının anlaşılması, akışın ne zaman türbülansa dönüşeceğinin öngörülmesi açısından kritik olup, hipersonik araçlarda yüzey ısınması ve aerodinamik sürüklemenin önemli ölçüde artmasına yol açabilir.

KONUŞMACI HAKKINDA

Irmak Taylan Karpuzcu, :contentReference[oaicite:0]{index=0} Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü’nde Prof. Deborah Levin danışmanlığında doktora çalışmalarını sürdürmektedir. Yüksek lisans derecesini (2019) ve lisans derecesini (2015) :contentReference[oaicite:1]{index=1} Makine Mühendisliği Bölümü’nden almış ve lisansüstü araştırmalarını Prof. Cüneyt Sert danışmanlığında yürütmüştür. Sertifikalı bir lisansüstü öğretim görevlisi olup MAVIS Future Faculty Fellow unvanına sahiptir.

Araştırmaları, yüksek hızlı akışların sayısal simülasyonu üzerine odaklanmakta ve yüksek başarımlı hesaplama tekniklerinden yararlanmaktadır. Yüksek lisans çalışması, süpersonik akışlarda büyük girdap simülasyonu kullanılarak türbülans modellemesine odaklanmıştır. Doktora çalışmalarının ilk aşamasında hipersonik akışların denge-dışı termokimyası üzerinde çalışmıştır. Hâlen, kinetik teori, doğrusal kararlılık analizi ve veri odaklı yöntemleri kullanarak yüksek irtifadaki yüksek hızlı laminer akışların kararlılığını incelemektedir.

İLETİŞİM

Ela Baycan, Makine Mühendisliği Bölümü, Bilkent Üniversitesi
E-posta: ela@bilkent.edu.tr