Theses supervised by Doç. Dr. Murat Kadri Aktaş
18 theses · TOBB Economics and Technology University
Düz dişlilerdeki muhafaza boyutu ve dönme hızının hava sürtünme kaybı üzerindeki etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Bu tezde, iki fazlı (hava-yağ) ortamda bulunan muhafaza içerisindeki düz dişlilerin sahip olduğu hava sürtünme güç kaybı değerleri üzerinde muhafaza boyutu ve dönme hızının etkisi incelenmiştir. Bu etkileri incelemek adına oluşturulan sayısal model hesaplamalı akışkanlar dinamiği metotları kullanılarak oluşturulmuştur. Sayısal modelin oluşturulmasında CFD++ yazılımı, sayısal ağ yapısının oluşturulmasında Pointwise yazılımı, dişli geometrisinin çiziminde ise AutoCAD programı kullanılmıştır. Oluşturulan sayısal model üç boyutlu (3-D) olarak çözülmüştür. Hesaplama gücünün el verdiği miktarda hücre oluşturularak sayısal ağ yapısının sık ve düzgün bir şekilde oluşturulması sağlanmıştır. Modeli doğrulamak ve güvenilirliğinden emin olmak adına literatürde sonuçları bulunan bir dişli geometrisi seçilmiştir. Diş boşluğundaki akışı daha detaylı bir şekilde incelemek ve hesaplama süresinden tasarruf elde edebilmek adına tek diş boşluğu için çalışmalar yapılmıştır. Tek diş için elde edilen güç kaybı değerini diş sayısı ile çarparak tüm dişlide meydana gelen güç kaybı değeri hesaplanmıştır. Hava sürtünme kaybı üzerinde muhafaza boyutunun etkisini incelemek adına 4 farklı muhafaza konfigürasyonu için analizler tekrarlanmıştır. Analizlerde eksenel muhafaza boyutu 3.6 mm olarak sabit tutulurken, radyal muhafaza boyutu da 3.6 mm ve 14.4 mm arasında 4 farklı değer olarak alınmıştır. Yine aynı şekilde hava sürtünme kaybı üzerinde dönme hızının etkisini incelemek adına 400 rad/s, 500 rad/s, 600 rad/s ve 700 rad/s dönme hızı değerleri için analizler tekrarlanmıştır. Ayrıca ortam farkının hava sürtünme kaybı üzerindeki etkisini görmek için iki fazlı ortamdaki hava sürtünme güç kayı değerleri tek fazlı ortamdaki hava sürtünme güç kaybı değeri ile karşılaştırılmıştır. İkincil faz olan yağı modelde tanımlamak için CFD++ yazılımı içerisindeki Eulerian Dağınık Fazı (EDP) modeli kullanılmıştır. Bu modelde gerçek bir yağlama modelini yansıtması açısından farklı tanecik boyutlarına sahip yağ parçacıkları tanımlanmıştır. 2 μm ve 10 μm arasında değişen 5 farklı tanecik çapı belirlenmiştir. Her bir farklı tanecik çapına sahip parçacığın sistemde yer alan toplam yağ miktarı oranı ise Rosin-Rammler dağılım fonksiyonu yardımı ile belirlenmiştir.
Düz dişlilerdeki hava sürtünme kaybının hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile analizi
Bu tezde, düz dişlilerdeki hava sürtünme (windage) güç kaybı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) tekniği kullanılarak incelenmiştir. Hava sürtünme kayıpları, hava ortamında ve hava – yağ ortamında incelenmiştir. Dişli, öncelikle hava ortamında tek bir diş boşluğu için modellenmiştir. Sayısal analizler iki boyutlu ve üç boyutlu olarak gerçekleştirilmiştir. Hava sürtünme güç kayıplarının sayısal analizi için Metacomp CFD++ yazılımından yararlanılmıştır. Diş boşluğu modellenmesi için çeşitli hücre sayılarında sayısal ağ yapısı hazırlanmıştır. Dişli üzerindeki akış, periyodik sınır koşulları ve Hareketli Referans Düzlemi (MRF) metodu kullanılarak modellenmiştir. Modelin doğrulanması için literatürde deney ve sayısal analiz dataları bulunan bir düz dişli geometrisi kullanılmıştır. Bu dişli öncelikle muhafazasız durumda 400 ile 700 rad/s arasındaki rotasyon hızları için analiz edilmiştir. Daha sonra dişlinin çevresi, güç kayıplarının azaltılması amacıyla muhafaza ile alınarak yine aynı rotasyon hızlarında analizler tekrarlanmıştır. Analizlerde literatürde verilen radyal ve eksenel muhafaza boyutları temel alınarak iki boyutlu analizlerde için 2 farklı radyal muhafaza, 3 boyutlu analizler içinse 2 farklı radyal ve 2 farklı eksenel muhafaza konfigürasyonu kullanılmıştır. Analizler sonucunda hesaplanan hava sürtünmesi güç kayıpları ile literatürdeki deney sonuçlarının büyük oranda örtüştüğü gözlemlenmiştir. Ayrıca, dişlinin çevresinin muhafaza ile kapatılmasının hava sürtünme kayıplarında büyük oranlarda azalttığı gözlemlenmiştir. Hava – yağ ortamında yapılan HAD analizlerinde iki fazlı akış için EDP (Eulerian Dağınık Faz) Modeli kullanılmıştır. Aynı dişli geometrisi için literatürde yer alan farklı bir muhafaza büyüklüğü için yapılmış olan sayısal analizlerden yararlanılarak model iki boyutlu ve üç boyutlu analizler ile doğrulamıştır. 2 ve 16 μm arasında değişen parçacık çapları için analizler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca mm3 başına düşen tanecik sayısına göre ve 600 rad/s ve 1000 rad/s arasında değişen rotasyon hızlarında analizlerin karşılaştırılması yapılmıştır. Hava – yağ ortamında yapılan analizler sonucu bulunan hava sürtünme güç kayıpları ile literatürde verilen kayıpları birbirine uyumlu bulunmuştur. Son olarak, iki fazlı ortamda üç boyutlu analizler yapılarak yağ yoğunluğunun hava sürtünme güç kaybına olan etkileri araştırılmıştır. 5 farklı yağ tanecik çapı için EDP denklemleri ayrı ayrı çözülmüş ve bu taneciklerin dağılımı ise Rosin-Rammler dağılım fonksiyonu kullanılarak modellenmiştir. Tez çalışması sonucunda muhafaza kullanımının hava sürtünme kayıplarını azaltırken, ortamda yağ bulunmasının ise hava sürtünme kayıplarını önemli ölçüde artırdığı görülmüştür.
Düz dişlilerdeki hava sürtünme kaybının hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile analizi
Bu tezde, düz dişlilerdeki hava sürtünme (windage) güç kaybı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) tekniği kullanılarak incelenmiştir. Hava sürtünme kayıpları, hava ortamında ve hava – yağ ortamında incelenmiştir. Dişli, öncelikle hava ortamında tek bir diş boşluğu için modellenmiştir. Sayısal analizler iki boyutlu ve üç boyutlu olarak gerçekleştirilmiştir. Hava sürtünme güç kayıplarının sayısal analizi için Metacomp CFD++ yazılımından yararlanılmıştır. Diş boşluğu modellenmesi için çeşitli hücre sayılarında sayısal ağ yapısı hazırlanmıştır. Dişli üzerindeki akış, periyodik sınır koşulları ve Hareketli Referans Düzlemi (MRF) metodu kullanılarak modellenmiştir. Modelin doğrulanması için literatürde deney ve sayısal analiz dataları bulunan bir düz dişli geometrisi kullanılmıştır. Bu dişli öncelikle muhafazasız durumda 400 ile 700 rad/s arasındaki rotasyon hızları için analiz edilmiştir. Daha sonra dişlinin çevresi, güç kayıplarının azaltılması amacıyla muhafaza ile alınarak yine aynı rotasyon hızlarında analizler tekrarlanmıştır. Analizlerde literatürde verilen radyal ve eksenel muhafaza boyutları temel alınarak iki boyutlu analizlerde için 2 farklı radyal muhafaza, 3 boyutlu analizler içinse 2 farklı radyal ve 2 farklı eksenel muhafaza konfigürasyonu kullanılmıştır. Analizler sonucunda hesaplanan hava sürtünmesi güç kayıpları ile literatürdeki deney sonuçlarının büyük oranda örtüştüğü gözlemlenmiştir. Ayrıca, dişlinin çevresinin muhafaza ile kapatılmasının hava sürtünme kayıplarında büyük oranlarda azalttığı gözlemlenmiştir. Hava – yağ ortamında yapılan HAD analizlerinde iki fazlı akış için EDP (Eulerian Dağınık Faz) Modeli kullanılmıştır. Aynı dişli geometrisi için literatürde yer alan farklı bir muhafaza büyüklüğü için yapılmış olan sayısal analizlerden yararlanılarak model iki boyutlu ve üç boyutlu analizler ile doğrulamıştır. 2 ve 16 μm arasında değişen parçacık çapları için analizler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca mm3 başına düşen tanecik sayısına göre ve 600 rad/s ve 1000 rad/s arasında değişen rotasyon hızlarında analizlerin karşılaştırılması yapılmıştır. Hava – yağ ortamında yapılan analizler sonucu bulunan hava sürtünme güç kayıpları ile literatürde verilen kayıpları birbirine uyumlu bulunmuştur. Son olarak, iki fazlı ortamda üç boyutlu analizler yapılarak yağ yoğunluğunun hava sürtünme güç kaybına olan etkileri araştırılmıştır. 5 farklı yağ tanecik çapı için EDP denklemleri ayrı ayrı çözülmüş ve bu taneciklerin dağılımı ise Rosin-Rammler dağılım fonksiyonu kullanılarak modellenmiştir. Tez çalışması sonucunda muhafaza kullanımının hava sürtünme kayıplarını azaltırken, ortamda yağ bulunmasının ise hava sürtünme kayıplarını önemli ölçüde artırdığı görülmüştür.
Düz dişlilerdeki hava sürtünme kaybının hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile analizi
Bu tezde, düz dişlilerdeki hava sürtünme (windage) güç kaybı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) tekniği kullanılarak incelenmiştir. Hava sürtünme kayıpları, hava ortamında ve hava – yağ ortamında incelenmiştir. Dişli, öncelikle hava ortamında tek bir diş boşluğu için modellenmiştir. Sayısal analizler iki boyutlu ve üç boyutlu olarak gerçekleştirilmiştir. Hava sürtünme güç kayıplarının sayısal analizi için Metacomp CFD++ yazılımından yararlanılmıştır. Diş boşluğu modellenmesi için çeşitli hücre sayılarında sayısal ağ yapısı hazırlanmıştır. Dişli üzerindeki akış, periyodik sınır koşulları ve Hareketli Referans Düzlemi (MRF) metodu kullanılarak modellenmiştir. Modelin doğrulanması için literatürde deney ve sayısal analiz dataları bulunan bir düz dişli geometrisi kullanılmıştır. Bu dişli öncelikle muhafazasız durumda 400 ile 700 rad/s arasındaki rotasyon hızları için analiz edilmiştir. Daha sonra dişlinin çevresi, güç kayıplarının azaltılması amacıyla muhafaza ile alınarak yine aynı rotasyon hızlarında analizler tekrarlanmıştır. Analizlerde literatürde verilen radyal ve eksenel muhafaza boyutları temel alınarak iki boyutlu analizlerde için 2 farklı radyal muhafaza, 3 boyutlu analizler içinse 2 farklı radyal ve 2 farklı eksenel muhafaza konfigürasyonu kullanılmıştır. Analizler sonucunda hesaplanan hava sürtünmesi güç kayıpları ile literatürdeki deney sonuçlarının büyük oranda örtüştüğü gözlemlenmiştir. Ayrıca, dişlinin çevresinin muhafaza ile kapatılmasının hava sürtünme kayıplarında büyük oranlarda azalttığı gözlemlenmiştir. Hava – yağ ortamında yapılan HAD analizlerinde iki fazlı akış için EDP (Eulerian Dağınık Faz) Modeli kullanılmıştır. Aynı dişli geometrisi için literatürde yer alan farklı bir muhafaza büyüklüğü için yapılmış olan sayısal analizlerden yararlanılarak model iki boyutlu ve üç boyutlu analizler ile doğrulamıştır. 2 ve 16 μm arasında değişen parçacık çapları için analizler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca mm3 başına düşen tanecik sayısına göre ve 600 rad/s ve 1000 rad/s arasında değişen rotasyon hızlarında analizlerin karşılaştırılması yapılmıştır. Hava – yağ ortamında yapılan analizler sonucu bulunan hava sürtünme güç kayıpları ile literatürde verilen kayıpları birbirine uyumlu bulunmuştur. Son olarak, iki fazlı ortamda üç boyutlu analizler yapılarak yağ yoğunluğunun hava sürtünme güç kaybına olan etkileri araştırılmıştır. 5 farklı yağ tanecik çapı için EDP denklemleri ayrı ayrı çözülmüş ve bu taneciklerin dağılımı ise Rosin-Rammler dağılım fonksiyonu kullanılarak modellenmiştir. Tez çalışması sonucunda muhafaza kullanımının hava sürtünme kayıplarını azaltırken, ortamda yağ bulunmasının ise hava sürtünme kayıplarını önemli ölçüde artırdığı görülmüştür.
Periyodik dalgalı bir kanalda titreşimli akışın taşınım ısı transferine etkilerinin incelenmesi
Titreşimli akışın iki boyutlu ve dalgalı duvarlara sahip bir kanal içerisindeki taşınım ısı geçişine etkileri sayısal olarak incelenmiştir. Alt ve üst duvar arasında faz farkı olan (φ=0o, φ=90o ve φ=180o) üç farklı sinüs şekilli geometri kullanılmıştır. Bu faz farkları üst duvar sabit iken alt duvarın akış yönünde kaydırılması ile elde edilmiştir. Kanal içerisindeki akış ve sıcaklık alanlarını modellemek için iki boyutlu ve zamana bağlı Navier-Stokes ve enerji denklemleri kullanılmıştır ve SIMPLE algoritması tabanlı ticari bir program olan ANSYS FLUENT ile çözülmüştür. Titreşimli akışın frekansının ve genliğinin taşınım ısı geçişine olan etkilerini incelemek için üç farklı titreşim frekansı ve iki farklı titreşim genliğinde sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Bütün analizlerde Reynolds ve Prandtl sayıları sırasıyla 100 ve 7,0 olarak alınmıştır. Sonuçlar, titreşimli akışın ısı transferi üzerine önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Kanal geometrisi, titreşimli akışın frekansı ve genliği, akış ve sıcaklık alanlarını önemli ölçüde etkilemektedir.
Periyodik dalgalı bir kanalda titreşimli akışın taşınım ısı transferine etkilerinin incelenmesi
Titreşimli akışın iki boyutlu ve dalgalı duvarlara sahip bir kanal içerisindeki taşınım ısı geçişine etkileri sayısal olarak incelenmiştir. Alt ve üst duvar arasında faz farkı olan (φ=0o, φ=90o ve φ=180o) üç farklı sinüs şekilli geometri kullanılmıştır. Bu faz farkları üst duvar sabit iken alt duvarın akış yönünde kaydırılması ile elde edilmiştir. Kanal içerisindeki akış ve sıcaklık alanlarını modellemek için iki boyutlu ve zamana bağlı Navier-Stokes ve enerji denklemleri kullanılmıştır ve SIMPLE algoritması tabanlı ticari bir program olan ANSYS FLUENT ile çözülmüştür. Titreşimli akışın frekansının ve genliğinin taşınım ısı geçişine olan etkilerini incelemek için üç farklı titreşim frekansı ve iki farklı titreşim genliğinde sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Bütün analizlerde Reynolds ve Prandtl sayıları sırasıyla 100 ve 7,0 olarak alınmıştır. Sonuçlar, titreşimli akışın ısı transferi üzerine önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Kanal geometrisi, titreşimli akışın frekansı ve genliği, akış ve sıcaklık alanlarını önemli ölçüde etkilemektedir.
Nanoakışkan ortamında titreşimle ısıl taşınımın deneysel incelenmesi
Nanoakışkanlar optik, ilaç üretimi, ısı transferi uygulamaları vb. bir çok alanda kullanılmaktadırlar. Yüksek ısıl performansları sebebiyle ısı transferi uygulamalarında son yıllarda popülerliği oldukça artmıştır ve üzerine yapılan çalışma sayısı web of science kayıtlarına göre 2010 yılından 2016 yılına kadar 3 kat artış göstermiştir. Titreşimli akış koşulları da ısı transferini iyileştirici bir yöntemdir ve termoakustik soğutucular gibi bir çok yerde kullanılmaktadırlar. Bu tez çalışmasında ise titreşimli akış koşullarında gerçekleşen ısı transferinin titreşim frekansı, titreşim genliği, akışkan tipi parametreleriyle değişimini incelemektedir. Bu amaçla birbirine, akışı laminar tutma amacıyla kılcal boru demetiyle bağlanmış soğuk ve sıcak iki rezervuar arasındaki ısı transferi incelenmektedir. Titreşimler mekanik bir sarsıcı yardımıyla deney aparatının alt yüzeyinden uygulanmakta ve aparat içerisinde titreşimli akış koşulları oluşturulmaktadır. Bu inceleme için kullanılan parametreler 6-10 Hz frekans aralığı, 4,5,6 mm titreşim genliği, saf su ve saf su-CuO(%2) nanoakışkanıdır. Elde edilen sonuçlara göre titreşim frekansının artışıyla ısı transferi arasında parabolik bir ilişki kurulurken, titreşim genliğinin artışıyla doğru orantılı bir artış söz konusudur. Nanoakışkan kullanımı ise toplam ısı transferini arttırmaktadır.
Nanoakışkan ortamında titreşimle ısıl taşınımın deneysel incelenmesi
Nanoakışkanlar optik, ilaç üretimi, ısı transferi uygulamaları vb. bir çok alanda kullanılmaktadırlar. Yüksek ısıl performansları sebebiyle ısı transferi uygulamalarında son yıllarda popülerliği oldukça artmıştır ve üzerine yapılan çalışma sayısı web of science kayıtlarına göre 2010 yılından 2016 yılına kadar 3 kat artış göstermiştir. Titreşimli akış koşulları da ısı transferini iyileştirici bir yöntemdir ve termoakustik soğutucular gibi bir çok yerde kullanılmaktadırlar. Bu tez çalışmasında ise titreşimli akış koşullarında gerçekleşen ısı transferinin titreşim frekansı, titreşim genliği, akışkan tipi parametreleriyle değişimini incelemektedir. Bu amaçla birbirine, akışı laminar tutma amacıyla kılcal boru demetiyle bağlanmış soğuk ve sıcak iki rezervuar arasındaki ısı transferi incelenmektedir. Titreşimler mekanik bir sarsıcı yardımıyla deney aparatının alt yüzeyinden uygulanmakta ve aparat içerisinde titreşimli akış koşulları oluşturulmaktadır. Bu inceleme için kullanılan parametreler 6-10 Hz frekans aralığı, 4,5,6 mm titreşim genliği, saf su ve saf su-CuO(%2) nanoakışkanıdır. Elde edilen sonuçlara göre titreşim frekansının artışıyla ısı transferi arasında parabolik bir ilişki kurulurken, titreşim genliğinin artışıyla doğru orantılı bir artış söz konusudur. Nanoakışkan kullanımı ise toplam ısı transferini arttırmaktadır.
Nanoakışkan ortamında titreşimle ısıl taşınımın deneysel incelenmesi
Nanoakışkanlar optik, ilaç üretimi, ısı transferi uygulamaları vb. bir çok alanda kullanılmaktadırlar. Yüksek ısıl performansları sebebiyle ısı transferi uygulamalarında son yıllarda popülerliği oldukça artmıştır ve üzerine yapılan çalışma sayısı web of science kayıtlarına göre 2010 yılından 2016 yılına kadar 3 kat artış göstermiştir. Titreşimli akış koşulları da ısı transferini iyileştirici bir yöntemdir ve termoakustik soğutucular gibi bir çok yerde kullanılmaktadırlar. Bu tez çalışmasında ise titreşimli akış koşullarında gerçekleşen ısı transferinin titreşim frekansı, titreşim genliği, akışkan tipi parametreleriyle değişimini incelemektedir. Bu amaçla birbirine, akışı laminar tutma amacıyla kılcal boru demetiyle bağlanmış soğuk ve sıcak iki rezervuar arasındaki ısı transferi incelenmektedir. Titreşimler mekanik bir sarsıcı yardımıyla deney aparatının alt yüzeyinden uygulanmakta ve aparat içerisinde titreşimli akış koşulları oluşturulmaktadır. Bu inceleme için kullanılan parametreler 6-10 Hz frekans aralığı, 4,5,6 mm titreşim genliği, saf su ve saf su-CuO(%2) nanoakışkanıdır. Elde edilen sonuçlara göre titreşim frekansının artışıyla ısı transferi arasında parabolik bir ilişki kurulurken, titreşim genliğinin artışıyla doğru orantılı bir artış söz konusudur. Nanoakışkan kullanımı ise toplam ısı transferini arttırmaktadır.
Periyodik dalgalı bir kanalda titreşimli akışın taşınım ısı transferine etkilerinin incelenmesi
Titreşimli akışın iki boyutlu ve dalgalı duvarlara sahip bir kanal içerisindeki taşınım ısı geçişine etkileri sayısal olarak incelenmiştir. Alt ve üst duvar arasında faz farkı olan (φ=0o, φ=90o ve φ=180o) üç farklı sinüs şekilli geometri kullanılmıştır. Bu faz farkları üst duvar sabit iken alt duvarın akış yönünde kaydırılması ile elde edilmiştir. Kanal içerisindeki akış ve sıcaklık alanlarını modellemek için iki boyutlu ve zamana bağlı Navier-Stokes ve enerji denklemleri kullanılmıştır ve SIMPLE algoritması tabanlı ticari bir program olan ANSYS FLUENT ile çözülmüştür. Titreşimli akışın frekansının ve genliğinin taşınım ısı geçişine olan etkilerini incelemek için üç farklı titreşim frekansı ve iki farklı titreşim genliğinde sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Bütün analizlerde Reynolds ve Prandtl sayıları sırasıyla 100 ve 7,0 olarak alınmıştır. Sonuçlar, titreşimli akışın ısı transferi üzerine önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Kanal geometrisi, titreşimli akışın frekansı ve genliği, akış ve sıcaklık alanlarını önemli ölçüde etkilemektedir.
Oscillatory flow forced convection in a shallow enclosure with sinusoidal bottom wall temperature
Effects of acoustic streaming on convective heat transfer in a shallow, air-filled, two-dimensional rectangular enclosure with spatially non-uniform temperature distribution of bottom wall are investigated numerically. Excitation of the sound wave in the enclosure is achieved by a periodic motion of the enclosure left wall. The top wall of the enclosure is isothermal while the vertical walls are adiabatic. Compressible form of the Navier-Stokes equations and energy equation are utilized to simulate the flow and temperature fields in the enclosure and solved by Flux Corrected Transport algorithm. Influences of the vibration amplitude and bottom wall temperature profiles are studied. The results demonstrate that the acoustic streaming pattern depends on the temperature profile of the bottom wall and oscillation amplitude. Structure of the flow field in the enclosure affects the rate of heat transfer. The results obtained may have progressive effect on the design of various heat removal applications.
Düz dişlilerdeki muhafaza boyutu ve dönme hızının hava sürtünme kaybı üzerindeki etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Bu tezde, iki fazlı (hava-yağ) ortamda bulunan muhafaza içerisindeki düz dişlilerin sahip olduğu hava sürtünme güç kaybı değerleri üzerinde muhafaza boyutu ve dönme hızının etkisi incelenmiştir. Bu etkileri incelemek adına oluşturulan sayısal model hesaplamalı akışkanlar dinamiği metotları kullanılarak oluşturulmuştur. Sayısal modelin oluşturulmasında CFD++ yazılımı, sayısal ağ yapısının oluşturulmasında Pointwise yazılımı, dişli geometrisinin çiziminde ise AutoCAD programı kullanılmıştır. Oluşturulan sayısal model üç boyutlu (3-D) olarak çözülmüştür. Hesaplama gücünün el verdiği miktarda hücre oluşturularak sayısal ağ yapısının sık ve düzgün bir şekilde oluşturulması sağlanmıştır. Modeli doğrulamak ve güvenilirliğinden emin olmak adına literatürde sonuçları bulunan bir dişli geometrisi seçilmiştir. Diş boşluğundaki akışı daha detaylı bir şekilde incelemek ve hesaplama süresinden tasarruf elde edebilmek adına tek diş boşluğu için çalışmalar yapılmıştır. Tek diş için elde edilen güç kaybı değerini diş sayısı ile çarparak tüm dişlide meydana gelen güç kaybı değeri hesaplanmıştır. Hava sürtünme kaybı üzerinde muhafaza boyutunun etkisini incelemek adına 4 farklı muhafaza konfigürasyonu için analizler tekrarlanmıştır. Analizlerde eksenel muhafaza boyutu 3.6 mm olarak sabit tutulurken, radyal muhafaza boyutu da 3.6 mm ve 14.4 mm arasında 4 farklı değer olarak alınmıştır. Yine aynı şekilde hava sürtünme kaybı üzerinde dönme hızının etkisini incelemek adına 400 rad/s, 500 rad/s, 600 rad/s ve 700 rad/s dönme hızı değerleri için analizler tekrarlanmıştır. Ayrıca ortam farkının hava sürtünme kaybı üzerindeki etkisini görmek için iki fazlı ortamdaki hava sürtünme güç kayı değerleri tek fazlı ortamdaki hava sürtünme güç kaybı değeri ile karşılaştırılmıştır. İkincil faz olan yağı modelde tanımlamak için CFD++ yazılımı içerisindeki Eulerian Dağınık Fazı (EDP) modeli kullanılmıştır. Bu modelde gerçek bir yağlama modelini yansıtması açısından farklı tanecik boyutlarına sahip yağ parçacıkları tanımlanmıştır. 2 μm ve 10 μm arasında değişen 5 farklı tanecik çapı belirlenmiştir. Her bir farklı tanecik çapına sahip parçacığın sistemde yer alan toplam yağ miktarı oranı ise Rosin-Rammler dağılım fonksiyonu yardımı ile belirlenmiştir.
Nanoakışkanların titreşimli akışında ısı transferinin nanopartikül tipi ve boyutu ile değişiminin deneysel incelenmesi
Nanoakışkan teriminin literatürdeki yerini almasından itibaren nanoakışkanların ısı transferi açısından önemli bir potansiyele sahip olduğu düşünülmeye başlanmış ve nanoakışkanların ısı transferine etkileri önemli bir araştırma konusu haline gelmiştir. Bu çalışmada nanoakışkanların titreşimli akış koşulunda ısı transferine etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Oluşturulan deney düzeneği, dikey yöndeki kılcal boru demetinin alt ve üst tarafına yerleştirilen iki rezervuar arasında titreşim üreteci kullanarak akış oluşturulması prensibi ile çalışmaktadır. Temel akışkan olarak saf su kullanarak farklı nanoparçacıklar ile farklı hacimsel konsantrasyonlarda hazırlanan nanoakışkanların, çeşitli titreşim genliği ve frekansı değerlerinde ısı transferine etkileri incelenmiş ve saf suyun aynı koşullardaki ısı transferi performansı ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak yapılan tüm deneylerde, ısı transferinin genlik değişimi ile doğru orantılı olarak değişim gösterdiği gözlemlenmiştir. Ayrıca alumina (Al2O3 – 45 nm) içeren nanoakışkanın ısı transferi performansı saf suya göre artış gösterirken, alümina (Al2O3 – 10 nm) ve bakıroksit (CuO - 25-55 nm) içeren nanoakışkanlarla yapılan incelemelerde ısı transferinde bir azalma gözlemlenmiştir.
Hibrit yıkayıcı/kurutucu için spreyle nem alma sürecinin deneysel incelenmesi
Günümüzde, çamaşır kurutma makinelerinde kurutma havası olarak kullanılan havanın neminin alınması amacıyla hava soğutmalı ya da su soğutmalı kondenserler kullanılmaktadır. Ancak bu ürünlerdeki kurutma süresinin uzunluğu, yüksek enerji ve su tüketimi gibi dezavantajlar yeni bir nem alma sistemi ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. Bu çalışmada kullanılan spreyle nem alma sistemi ile çamaşır kurutma sürecinde enerji ve su tüketimini azaltmak hedeflenmektedir. Bu amaçla, çamaşır kurutma makinelerinde çamaşırların nemini alarak tamburdan ayrılan sıcak ve nemli havayı simüle eden bir deney düzeneği kurulmuştur. Deney düzeneğinde üretilen bu hava içerisine, havanın çiy nokta sıcaklığından daha düşük sıcaklıktaki su, sprey nozulu vasıtasıyla enjekte edilmiştir. Tasarlanan bu sistemde sprey kullanımının, hava ile su arasındaki temas alanını ve bunun sonucu olarak da ısı transferini artırması beklenmektedir. Nozuldan çıkan düşük sıcaklıktaki sprey damlacıkları ile nemli ve sıcak havanın etkileşimi sırasında, hava içerisindeki buhar soğuk su damlacıkları üzerinde yoğuşmakta ve böylelikle havanın nem oranı azalmaktadır. Yapılan çalışmada sprey su debisi, sprey su sıcaklığı, sprey enjeksiyon yönü (paralel/karşıt), nozul tipi ve hava giriş koşullarının nem alma performansı üzerine etkisi araştırılmıştır. Deney sonuçları maksimum nem alma performansının yüksek nem oranına sahip hava değerinde gerçekleştiğini göstermiştir. Su spreyinin debisinin artışı ile sprey sonrasındaki havanın nem oranında daha fazla düşüş gözlenmiştir. Sprey enjeksiyon yönünün nem alma sistemi üzerine etkisi incelenmiş ve karşıt akıştaki nem düşüşünün paralel akışa göre daha fazla olduğu sonucuna varılmıştır.
Su dolu kapalı bir ortamda ısı aktarımının titreşimli akış ile kontrolü
Bu çalışmada sıvı su dolu basık kapalı bir ortam göz önüne alınmıştır. Titreşimli akış kapalı ortamın sol duvarının harmonik titreşimiyle oluşturulmuştur. Sağ ve sol duvarın sıcaklık farkından kaynaklanan ısı aktarımının sayısal simülasyonu yapılmıştır. Literatürde, sıvı su titreşimli akış üzerine yapılan çalışmalar nadir bulunmaktadır. Bilgimiz dahilinde, mevcut çalışma suyun titreşim hareketiyle ısı aktarımının etkileşimi üzerine ilk çalışmadır. Burada önemli olan çalışmanın, sıfırdan farklı ortalama hızda titreşimli akış üzerine yoğunlaşmasıdır. Kapalı ortam içerisinde taşınım olgusunun doğru bir şekilde çözümlenebilmesi için su sıkıştırılabilir bir akışkan olarak modellenmiştir. Isı aktarımının sayısal simülasyonu için Navier-Stokes denklemlerinin iki boyutlu tam sıkıştırılabilir hali ve su için uygun bir hal denklemi kullanılmıştır. Temel denklemler kontrol hacim tabanlı açık bir sonlu farklar metodu olan FCT algoritması ile çözümlenmiştir. Akış anlık hız değerleri akustik bağıntılar ile doğrulanmıştır. Elde edilen sonuçlar teori ile uyum içerisindedir. Elde edilen verilen ışığında, kapalı ortamda ısı aktarımının titreşimli akış ile önemli ölçüde değişebildiği tespit edilmiştir. Isı aktarımı sol duvar en yüksek yer değiştirmesiyle birlikte artış göstermiştir. Kapalı ortam için optimum bir yükseklik değeri bulunmuştur. Sonuçlar titreşim kontrollü ısı aktarım tüplerinin tasarımında yol gösterebilir. Anahtar Kelimeler: Titreşimli akış, zorlanmış taşınımlı ısı aktarımı, sıkıştırılabilir akış, FCT.
Nanoakışkanların titreşim kontrollü ısı aktarım tüplerindeki akışında frekans ve genlik etkisinin deneysel incelenmesi
Makine mühendisliği araştırma alanları içinde ısı transferi önemli bir yer tutmakta, ısı transferi araştırmaları içinde de titreşimli ısı transferi çalışmaları ve nanoakışkan çalışmaları hızla yaygınlaşmaktadır . Bu çalışmada da ısı transferi araştırmalarında daha önce üzerinde sınırlı incelemeler yapılmış olan titreşim kontrollü ısı aktarım tüpleri(TKIAT) üzerine çalışılmıştır. TKIAT, arasında sıcaklık farkı olan ortamlar arasında titreşim desteğiyle ısı transferini önemli ölçüde artıran sistemlerdir. Yapılan bu çalışmayla, TKIAT sistemlerinin daha önce çok net bir şekilde belirlenemeyen sistem karakteristikleri açıklığa kavuşturulmaya çalışılmıştır. Farklı akışkanlar, farklı kılcal boru demeti ile yapılan deneylerde faklı titreşim genlikleriyle farklı frekansların etkileri incelenmiştir. Deneylerde saf su ve su-Al2O3 nanoakışkan (%2) kullanılmıştır. Frekans ve genlik kontrollü olarak değiştirilmiş etkileri ölçülmüştür. Sonuç olarak artan frekans değerine paralel olarak 1,5 mm iç çaplı kılcal borularda, ısı transferi 9-10 Hz değerine kadar artmış, daha sonra düşüş gözlemlenmiştir. Diğer borularda ise 7 Hz değerine kadar artış görülmektedir. Artan titreşim genliği ile ise doğru orantılı bir şekilde artan ısı transferi görülmüştür. Ayrıca sistem için uygun en verimli çalışma aralığı belirlenmeye çalışılmıştır. 5 Hz değerinde en az enerjiyle en çok ısı transferi gerçekleşmiştir. Nanoakışkan ile kısmı olarak ısı transferinde artmalar belirlenmiştir. Sonuçlar ayrıca su ve su-Alümina (%2) nanoakışkanın viskozite değerlerinin farklı olması sebebiyle Prandtl Sayısı cinsinden ifade edilmiştir.
Numerical investigation of spray dehumidification process of moist air
This investigation focuses on the heat and mass transfer in dehumidification process of the moist air. The interaction of water droplets with the hot, moist air which is flowing in contrary to the water spray is studied in a chamber. Two dimensional and three dimensional simulations are performed in order to study the effect of various parameters on heat and mass transfer.The parameters such as droplet diameter,spray mass flow rate, droplet temperature,number of injections, spray cone angle, and spray location are considered. The results show that smaller droplets lead to higher humidity reduction at the outlet. However droplet size effect on temperature and relative humidity depends on the optimum radius. If droplets are smaller than optimum radius, increasing their size results in enhancement of heat transfer. On the other hand, if droplets are larger than the optimum radius, by increasing the droplet diameter heat transfer decreases. It is found that heat and mass transfer are proportional to mass flow rate of the spray. Furthermore results indicate that decreasing the coolant temperature causes humidity and temperature reduction at the outlet. In addition, spray cone angle effect is found to be negligible. Results demonstrate that using more sprays in the chamber helps to diffuse the droplets to regions close to the wall. It is concluded that location of the spray does not have significant effect on bulk temperature at the outlet.
Rayleigh-Bénard taşınım ile titreşimli akışın etkileşiminin sayısal analizi
Bu tez çalışmasında, iki boyutlu, basık dikdörtgen şeklinde, alt duvarı sabit sıcaklık sınır şartı ile ısıtılan, üst duvarı yine bu sınır şartı ile soğutulan, yan yüzeyleri ise termal olarak yalıtılmış kapalı bir ortamda Rayleigh-Bénard taşınım ile titreşimli akışın etkileşimi sayısal olarak incelenmiştir. Literatürde yalın olarak Rayleigh-Bénard taşınım ve yalın olarak titreşimli akışı deneysel ve teorik olarak inceleyen birçok çalışma mevcuttur. Ancak, Rayleigh-Bénard taşınıma uygulanan titreşimin akış ve ısı transferi karakteristikleri üzerindeki etkisi bilindiği kadarıyla daha önce incelenmemiştir. Simülasyonlarda kullanılan kapalı geometrinin uzunluk/yükseklik oranı 4 olarak seçilmiştir. Kapalı ortam hava ile doludur, Pr sayısı 0.71'dir. Farklı Rayleigh sayıları için simülasyonlar yapılmış, kapalı ortam içerisindeki akış Navier-Stokes denklemlerinin tamamen sıkıştırılabilir formu ve ideal gaz denklemi dikkate alınarak çözümlenmiştir. Korunum denklemleri, sonlu hacimler metodu ve açık formülasyona dayalı akı-düzeltmeli taşınım algoritması (FCT) kullanılarak çözümlenmektedir. Kapalı ortam içerisindeki titreşimin etkisi ise, sol duvara belirli frekans ve genlikte titreşim verilerek analiz edilmiştir. Duvar titreşiminin frekansı, kapalı ortam boyunca en düşük akustik modda duran dalga yayacak şekilde seçilmektedir. Yalın olarak titreşim ve yalın olarak Rayleigh-Bénard taşınım için elde edilen hız vektörleri, sıcaklık ve basınç dağılımları literatür ile uyum içerisindedir. Elde edilen veriler titreşimli akışın Rayleigh-Benard taşınımı önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir.