Theses supervised by Prof. Dr. Şenol Başkaya
15 theses · Gazi University
Çarpmalı akışkan jetlerle kanal içine yerleştirilmiş elemanlardan olan konveksiyonla ısı transferinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Bu çalışmanın amacı; tek bir hava jeti kullanarak, dikdörtgen kesitli bir kanalda içinde ısı akısı olan bakır bir plaka ile bir dizi elektronik devre elemanının soğutulmasında akışın ve ısı transferinin incelenmesidir. Birinci bölümünde; düz bir plakadan ve bir grup elektronik devre elemanından olan ısı transferi farklı Re sayıları için deneysel olarak incelendi. Parametrik çalışmada Re sayıları 4000-10000 aralığında alındı. Maksimum Nu sayısı Re=8000 değerinde elde edildi. İkinci bölümünde; ; düz bir plakadan ve bir grup elektronik devre elemanından olan ısı transferi farklı q" ısı akıları için deneysel olarak incelendi. Parametrik çalışmada q" ısı akısı 1000-3000 W/m2 aralığında alındı. q" ısı akısı değiştirildiğinde Nu sayısında belirgin bir değişiklik olmadığı tespit edildi. Üçüncü bölümünde; düz bir plakadan ve bir grup elektronik devre elemanından olan ısı transferi farklı kanal yükseklikleri için deneysel olarak incelendi. H kanal yüksekliği, Dh jet girişi hidrolik çapı olmak üzere; parametrik çalışmada H/Dh=4, 6, 10 olarak alındı. Kanal yüksekliği arttıkça genel olarak Nu sayısının azaldığı tespit edildi. En yüksek Nu sayısının H/Dh=4 değerinde elde edildiği tespit edildi. Dördüncü bölümünde; ısı transferi farklı akış yönlendirici-jet girişi mesafeleri için deneysel olarak incelendi. N akış yönlendiricinin jet girişine olan mesafesi ve L elektronik eleman boyu olmak üzere; parametrik çalışmada N/L= 0,55-1,50 olarak alındı. En yüksek Nu sayısı N/L=0,7 oranında elde edildi. N/L=0,70 durumunda akış yönlendirici olmaması durumuna göre ortalama Nu sayısında yaklaşık % 7'lik bir artış sağlandığı tespit edildi. Beşinci bölümünde; ısı transferi farklı akış yönlendirici uzunlukları için deneysel olarak incelendi. K akış yönlendirici uzunluğu ve H kanal yüksekliği olmak üzere; K/H= 0,5-0,9 olarak alındı. K/H =0,5 - 0,8 aralığında akış yönlendirici boyu uzatıldıkça Nu sayısında artma olduğu, K/H=0,9 değerine ulaştığında ise çarpma sonrası ısıl sınır tabakanın kalınlaşmasına bağlı olarak Nu sayısında belirgin bir düşüş olduğu, en yüksek Nu sayısının K/H= 0,8 değerinde oluştuğu tespit edildi. Altıncı bölümünde; ısı transferi farklı ikinci akış yönlendiricinin jet girişine mesafesi için deneysel olarak incelendi. W ikinci akış yönlendiricinin jet girişine mesafesi ve H kanal yüksekliği olmak üzere; parametrik çalışmada W/H= 0,5-1,5 olarak alındı. Çift akış yönlendirici kullanılmasının tek akış yönlendirici kullanılması durumuna göre alınan esaslar çerçevesinde önemli bir artış sağlamayacağı (% 0,8), en yüksek Nu sayısının W/H= 1 değerinde elde edilebileceği tespit edildi. Son bölümünde; deneysel ve sayısal çalışmalar karşılaştırıldı. Akış önlendiricinin açısal pozisyonu (?) açısının Nu sayısına etkisi sayısal olarak incelendi. ? = 0º olduğunda, hiç akış yönlendirici kullanılmaması durumuna göre Nu değerinde yaklaşık % 7'lik artış tespit edildi. En yüksek Nu sayısının ? = 0º değerinde oluştuğu tespit edildi. Bilim Kodu : 914.1.065 Anahtar Kelimeler : Çarpmalı jet, kanal, LDA, akış yönlendirici, ısı transferi Sayfa Adedi : 221 Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Şenol BAŞKAYA
Farklı çalışma parametrelerinde katı oksit yakıt pillerinin sayısal analizi
Katı oksit yakıt pilleri (KOYP), direkt olarak elektro-kimyasalreaksiyonlarla kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren, yükseksıcaklıklarda (600?1000°C) yüksek enerji dönü şümü sağlayansistemlerdir. Bir KOYP hücresi temel olarak Membran Elektrot Grubu(MEG) ve interkonektörlerden oluşmaktadır. KOYP performansı MEGmalzemeleri ve dizaynı (elektrolit destekli, anot destekli; düzlemsel,tübular) hücre dizaynı, çalışma koşulları (sıcaklık, basınç,konsantrasyon, debi, vb.) gibi çeşitli parametrelere bağlıdır. Buparametrelerin her biri araştırmacılara konu olmaktadır. Birçokaraştırmacı bu parametrelerin değerlendirmesinde sistemi sayısalolarak modellemeyi kullanmaktadır. Bu çalışmada KOYP tek hücreninelektrik performansı ve sıcaklık dağılımını incelemek için üç boyutlu birKOYP modeli geliştirilmiştir. KOYP modelinin ticari bir sayısalakışkanlar dinamiği kodu olan FLUENT programı ile sayısal çözümüyapılmıştır. Geliştirilen model yapılan deneysel çalışmalar iledoğrulanmıştır. Doğrulanması yapılan model üzerinde çalışma sıcaklığı(700?750 ve 800oC), yakıt/hava akış yönü, yakıt/su buharı oranı,yakıt/hava debi değişimi ve elektrolit kalınlığı gibi parametrelerin KOYPperformansına etkileri incelenmiştir. Bu çalışma sonuçlarına bağlı olarak en iyi elektriksel performans ve yüksek termal stabilitiye göreçalışma parametreleri optimize edilmiştir.
Enerji yoğunluklu bir fabrikanın enerji verimliliği özelinde incelenmesi
Tezin amacı; enerji tüketimi yoğun olan bir fabrikada kalite standartlarını ve fabrika çalışma verimliliğini düşürmeden enerjiyi daha etkin ve daha verimli kullanmak için yeni projeler ve yöntemler tasarlamak, maliyet analizlerini çıkarmak ve uygulamaktır. Bu çalışma kapsamında seçilen referans fabrika Ankara Türk Traktör Fabrikası'dır.Bu çalışmada, enerjiyi yoğun kullanan sistemler incelenmiş ve uygun enerji verimliliği ile ilgili projeler ve maliyet analizleri çıkartılmıştır. Bu tez kapsamında analiz edilecek çalışmalar: Kompresörlerin invertörle çalıştırılması ile yüksek enerji maliyetlerinin önlenmesi, üretim atölyesinde radyant ısıtma sistemine geçilmesi ile ısıtmada enerji verimliliğinin sağlanması, mevcut alev borulu sıcak su kazanlarında ekonomizör kullanarak kazan dönüş suyunu ısıtmak, enerji verimliliği yüksek ampuller kullanarak aydınlatma için kullanılan enerjiyi daha etkin kullanmaktır. Analiz edilen diğer bir çalışma ise yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş enerjisinden yararlanarak fabrika bünyesinde sıcak su ihtiyacının karşılanmasıdır. Bu ihtiyaca yönelik olarak güneş kollektör sistemi tasarlanmış ve tüm projelerin ayrıntılı maliyet analizleri çıkarılmıştır.Projelendirilen bu çalışmaların ilk yatırım maliyetleri incelendiğinde fabrika için çok yüksek bütçeler gerektirmediği fakat toplam yıllık enerji kazançlarına bakıldığında Türk Traktör Fabrikası'na kısa vadede büyük kazançlar getireceği görülmüştür. Bazı projelerin amortisman sürelerinin çok kısa olduğu tespit edilmiştir. Bu projeler fabrika yönetimi tarafından gerçekleştirildiğinde, harcanan enerji ve ekonomik kayıplar fabrika bünyesine geri kazandırılacaktır.Anahtar Kelimeler :Enerji Verimliliği, Isı Geri Kazanımı, Ekonomizör Uygulaması,
Farklı jet ve çarpma plakası özelliklerinde çarpmalı akışkan jetlerinin ısı transferi ve akışının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Çarpmalı jetler ısıtılmak veya soğutulmak istenen yüzeylerde çarpan akışkan jetleridir. Çarpmalı jetler yüksek ısı ve kütle transferinin istenildiği birçok uygulamalarda kullanıldı. Bu çalışmanın ilk bölümünde, çoklu dairesel çarpmalı akışkan jetlerin ortalama ve yerel ısı transferi özellikleri Reynolds sayısı ve jet-plaka mesafesine bağlı olarak deneysel olarak incelendi. Parametrik çalışmada Reynolds sayısı ve boyutsuz jet-plaka arasındaki mesafe sırasıyla 2000-10000 ve 2-12 arasında değiştirildi. Maksimum ortalama Nusselt sayısı H/d=2'de elde edildi ve H/d'nin artmasıyla azaldı.İkinci bölümde, düzgün dizilimli eliptik ve dikdörtgen jetlerin düz bir yüzey üzerindeki ayrıntılı ısı transfer ölçümleri termal kamera kullanılarak incelendi. Eliptik ve dikdörtgen jetlerin en-boy oranları 1, 2 ve 0,5 üç farklı değerleri ile jet Reynolds sayısının 2000-10000, jet-plaka mesafesi 2-10 arasında değiştiği durumda ısı transfer performansı düşünüldü. Sonuç olarak eliptik ve dikdörtgen geometrilerin özellikle durma bölgesinde pasif bir ısı transferi artırım mekanizması olarak kullanılabileceği sonucuna varıldı.Üçüncü bölümde, dairesel çarpmalı jet dizilimleri tarafından daralan-genişleyen biçimli kanatçıklar (DG-BK) ve V biçimli kanatçıklar (V-BK) üzerindeki ısı transfer ölçümleri termal kamera kullanılarak incelendi. Hem V-BK hemde DG-BK biçimleri 45o olarak düşünüldü. Duvar boyunca ısı transferinde farklı kanat yüksekliklerinin etkileri çalışıldı. Deneyler esnasında, Reynolds sayısı 2000-10000, jet çapının kanatçık yüksekliğine oranı 0,6-1,2 ve jet-plaka arasındaki mesafe 2-12 arasında değiştirildi. Kanatçıklı yüzeylerin ısı transfer sonuçları düz plaka ile karşılaştırıldı. En iyi ısı transfer performansı V-BK'lı yüzeylerde elde edildi. V-BK plakada ortalama Nusselt sayısı düz plakalara göre %4-%26,6 oranında artığı görüldü. Kanatçıklı yüzeylerde ortalama Nusselt sayısı için korelasyonlar geliştirildi.Dördüncü bölümde, düz ve V-BK yüzeyler üzerindeki akış alanı Lazer-Doppler Anemometrisi (LDA) sistemiyle deneysel olarak çalışıldı. Herbir H/d durumunda, profiller x/d=0-6 bölgelerinden toplandı. Çarpma plakası boyunca farklı sınır tabaka profilleri H/d=3 ve 12'de V-BK ve düz plakalı yüzeyler üzerinde elde edildi. Radyal ve eksenel hız ve türbülans yoğunlukları V-BK ve düz plakalarda tanımlandı. Düşük jet-plaka mesafeleri için türbülans kinetik enerji üretimi V-BK'lı yüzeylerde düz plakalarla karşılaştırıldığında daha yüksek olduğu görüldü. H/d=3 için, V-BK'lı yüzeylerdeki radyal hızlar düz yüzeylerle karşılaştırıldığında daha yüksek olduğu görüldü. Fakat H/d=12 için radyal hızlar tüm x/d bölgelerinde neredeyse değişmedi.Son bölümde, sayısal çalışmalar çoklu jet dizilimlerinden dolayı akış dağılımı ve ısı transferi etkileri gerçekleştirildi. X yönünde jetler arası mesafe 3d, 4d, 5d ve y yönünde sabit 5d olarak düşünüldü. Denklemler başlangıçta genel formda verildi. Daha sonra, çalışılan probleme göre kabuller ve basitleştirmeler yapıldı. Düşük Re sayılı Lam-Bramhorst k- ? türbülans modeli çözümler için kullanıldı. Bu model ısı transferini çarpma plakası üzerinde her noktada belirlemede yetersiz kaldığı ancak genel değişimleri yakalayabildiği görülmüştür. Ayrıca deneysel ve sayısal çalışmalar karşılaştırıldı.Anahtar Kelimeler : Çarpmalı jet, LDA, kanatçıklı yüzey, ısı transferi
Parabolik güneş kolektörü tasarımı, imâlatı, test edilmesi ve kırsal bölgelerde ısıtma kullanım alanı fizibilitesi
Parabolik (Oluk Tip) Güneş Kollektörü Tasarımı projesinde, elektronik güneş takip sistemine sahip, 430 Paslanmaz Çelik Sac, Eloksallı-Parlak Alüminyum Sac yansıtıcılı, bakır absorbe borulu ve konveksiyon ısı kaçaklarını minimize etmek için absorbe borunun dışında pyreks borusu bulunan güneş kollektörü imal edilmiş ve üzerinde deneyler yapılmıştır. Sistem, 1.68 m2 güneşlenme alanına sahiptir. Sıcak akışkan, yoğunluk farkından doğan hareketle, sistemin üst kısmına monte edilmiş olan 40 litrelik depoya ilerlemekte, deponun alt kısmından soğuk akışkan kollektöre girmektedir. Deneylerde üç farklı iş akışkanı kullanılmıştır (Arıtılmış Su, % 50 hacim konsantrasyonlu Antifriz (Etilen Glikol) ? Arıtılmış Su karışımı, % 20 kütle konsantrasyonlu NaCl ? Arıtılmış Su). Parabolik kollektörle 2011 Temmuz ayında fasılalı olarak 18 gün deney yapılmıştır. Deneylerde akışkanın sıcaklığını 30 oC?den 50 oC?ye çıkarma süreleri tespit edilmiştir. Bulunan deneysel verilerle, teorik hesaplamalar karşılaştırılmıştır. Parabolik kollektörün rüzgar dayanımı, Konya ilinin ortalama rüzgar hızı için SolidWorks programında incelenmiş, gerilim, gerinim ve sehim grafikleri çizilmiştir. Ayrıca; Türkiye?nin güneş radyasyonu ve iklim şartları açısından verimli sayılan kırsal bölgelerinden; Konya, Karaman, Niğde, Gaziantep, Şanlıurfa ve Mardin olmak üzere 6 il için kırsal kalkınma planları kapsamında, nüfus, tarım ve hayvancılık verileri ışığında ısıtma kullanım alanı fizibilitesi yapılmıştır.
Mobilyalı bir ofis odasi içindeki iklimlendirmenin sayısal olarak incelenmesi
Bu çalışmada, mobilya, bilgisayar ve bir insan modeli ile tefriş edilmiş, bir ofis odasını koşullandıran hava akışı sayısal olarak incelenmiştir. Bir sayısal akışkanlar dinamiği yazılımı içinde, deneysel çalışmalar esnasında uygulanan sınır şartları tanımlanarak, deneysel ortam sayısal bir problem haline getirilmiştir. Yine aynı yazılım ile hücre sayısı ve sweep sayısı defalarca değiştirilerek bu problemin çözümünün uygun bir şekilde yakınsaması sağlanmıştır. Elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılmış ve hemen hemen uyumlu neticeler elde edildiği görülmüştür. Bir parametrik çalışma kapsamında literatür taranmış ve daha önce yapılmış çalışmaların bu sayısal çalışmanın sınır şartlarına etkisi üzerinde durulmuştur. Proses, hız, üfleme sıcaklığı ve difüzör yerleşimi sınır şartları değiştirilerek çeşitli problem kombinasyonları oluşturulmuş ve söz konusu problemler çözülerek çeşitli düzlemlerde hız ve sıcaklık dağılımları ile difüzör konumlarının konfor şartlarına etkisi gözlenmiştir.Araştırılan problem kombinasyonları arasında, yaz şartları için, soğutma prosesi konfor kategorisini en iyi sağlayan durum; 1 no'lu difüzör yerleşimi için 2m/s üfleme hızı ve 20°C üfleme sıcaklığının uygulandığı durum olmuştur. Kış şartları için ise 3 no'lu difüzör yerleşimi için 1m/s üfleme hızı ve 30°C üfleme sıcaklığının modellendiği durumda ısıtma prosesi konfor şartları en iyi biçimde sağlanmıştır.
Çarpan akışkan jetleri kullanarak kanatçıklı yüzeyler üzerindeki ısı transferinin sayısal olarak incelenmesi
Çarpan jetler yüksek ısı ve kütle transferi sağlamalarından dolayı geniş bir alanda kullanılmıştır. Bu çalışmada üçgen, kare ve yamuk kanatçıklı yüzeyler üstündeki çarpmalı jet dizileri kullanarak akış ve ısı transferi PHOENICS paket programı yardımıyla sayısal olarak araştırılmıştır. 7x3 olarak dikdörtgen dizilime sahip dairesel nozullar kullanılarak Re=3000-10000, H/d=2-8 ve boyutsuz kanatçık yüksekliği d/e=1,5-3,0 değerlerinde çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Ayrıca kanatçıkların nozulların tam altında ve iki nozulun tam ortasında olmak üzere kanatçık düzenlemelerinin ısı transferine etkileri irdelenmiştir. Bunlara ilave olarak kanatçıklı yüzeylerle karşılaştırma amaçlı düz yüzeyler için de çözümler gerçekleştirilmiştir. Sayısal çözümleme boyunca düşük Re sayılı k-? türbülans modeli kullanılmıştır.İlk olarak tüm kanatçık geometrilerinde Re sayısı, H/d ve d/e değerlerinin yerel Nu sayısına etkileri incelenmiştir. Genel olarak Re sayısının artması ile ısı transferinin arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca Re sayısının artması ile maksimum ile minimum ısı transferi arasındaki farkın arttığı tespit edilmiştir. Tüm kanatçık geometrilerinde en düşük yerel ısı transferinin H/d=8 ve en yüksek yerel ısı transferinin H/d=4-6 aralığında oluştuğu görülmüştür. Kanatçık yüksekliğinin genel olarak ısı transferine etkisinin olmadığı hem yerel hem de ortalama ısı transferi değerlerinden görülmüştür.Son olarak kanatçık düzenlemesinin ve kanatçık geometrisinin çarpmalı jetler altında ısı transferine etkileri hem yerel hem de ortalama Nusselt sayıları ile irdelenmiştir. Özellikle yüksek Re sayılarında ve tüm H/d değerlerinde kanatçıkların nozulların tam ortasında olması durumunda daha yüksek ortalama Nu sayılarının elde edildiği gözlemlenmiştir.
Enerji yoğun bir tesiste enerji verimliliği proje tasarımı ve uygulama çalışması
Yapılan çalışmanın amacı; yüksek oranlarda enerji tüketimi olan bir tesiste kalite ve performansı düşürmeden enerji tüketimini azaltmak için yeni projeler tasarlamak ve uygulamaktır. Bu çalışma için seçilen pilot tesis Ankara Sheraton Otel ve Konferans Merkezi'dir. Tesis halihazırda işletilmekte olduğundan hem inşaat aşamasında hem de elektrik ve mekanik tesisatlarında belli başlı enerji verimliliği çalışmaları yapılmıştır.İşletme ve tesisat incelenerek, otelin mimari ve teknik özelliklerine uygun enerji verimliliği projeleri tasarlanmıştır. Bu projeler: Trijenerasyon sistemi ile elektrik üretmek ve sistemin atık ısısıyla kışın ısıtma, yazın soğutma yapmak, güneş enerjisiyle kullanma sıcak suyu elde etmek için güneş kolektörü sistemi kurmak, mevcut ısıtma kazanlarına ekonomizör takarak kazan dönüş suyunu ısıtmak, otelin lobi klima santrali dönüş havası ile otoparkları iklimlendirmek, restoran ve toplantı odaları klima santralleri dönüş havası ile mutfakları iklimlendirmek, tesisattaki vanalara vana ceketleri ile ısı izolasyonu yapmak, ısıtma kazanlarının dış yüzeylerine ısı izolasyonu yapmak, enerji verimli ampuller kullanarak aydınlatma için kullanılan enerjiyi azaltmaktır. Tasarlanan bu sistemlerin maliyet analizleri yapıldığında ekipman-cihaz bazlı sistemlerin ilk yatırım maliyetlerinin yüksek değerlerde ama geri ödeme sürelerinin kabul edilebilir düzeyde olduğu görülmüştür. Bazı projelerde ise geri ödeme süreleri çok küçük değerlerdedir. Bunun sebebi, bu tasarımların yüksek maliyetli cihaz-ekipman uygulamalarıyla değil daha basit ve maliyeti düşük ama enerji tasarrufu büyük uygulamalarla yapılmasıdır. Her iki seçenekte de enerji verimli sistemler oluşturulmuş aynı işi yapan eski tasarımlara göre enerji tüketiminde azalma elde edilmiştir.
Hava perdeli bir ticari soğutma kabininin sayısal analizi
Hava perdeleri özellikle isyerlerinde ve perakende satıs yapan süpermarketlerde iç ortam ile dıs ortam arasında bir bariyer olarak kullanılan sistemlerdir. Bu iki ortam arasındaki hava degisiminin minimum düzeyde tutulması hem ortam hava kalitesi hem de enerji tasarrufu açısından büyük önem arz etmektedir. Dıs ortam ile iç ortam arasındaki hava degisiminin minimum düzeyde olması ısı transferini azalttıgı gibi, ortamdaki mevcut nem dengesinin de sabit kalmasını saglar. Bu proje kapsamında, ticari amaçlı bir sogutma kabininin sayısal analizi yapılmıstır. Kullanılan sayısal metotta sayısal akıskanlar dinamiginin bir paket programı olan PHOENICS'den yararlanılmıstır. Çalısmanın ilk kısmında sogutma kabinleri, sayısal akıskanlar dinamigi ve PHOENICS ile ilgili gerekli literatür arastırması yapılmıstır. Çalısmanın ikinci kısmında ise, sınır sartları ve diger fiziksel özellikleri bilinen tek jetli bir ticari sogutma kabini için gerekli Ql kütügü yazılmıs, vektör ve sıcaklık dagılımlarının grafikleri Photon'dan çıkarılmıstır. Elde edilen sayısal sonuçlar deneysel sonuçlarla karsılastırılmıs ve aralarındaki uygunluk belirlenmistir. Daha sonra mevcut kabin üzerinde iki ve üç jetli durumlar için sogutma gücü esas alınarak yeniden yapılan modellemede, mevcut sistemler içerisinde optimum jet sistemi ve fiziksel sartlar belirlenmistir. Son olarak her üç sistem içinde elde edilen optimum sartlarda, ortam havasının sıcaklıgı ve hızı degistirilmek suretiyle durumlar arası karsılastırmalar yapılmıstır. Yapılan tüm bu CFD analizleri neticesinde elde edilen sonuçların deneysel sonuçlara yakın oldugu ve üç jetli sogutma sistemlerinin kabin içinde ürünlerin muhafaza edilmesi için istenilen sıcaklık degerlerinin saglanmasında zaman zaman biraz daha fazla sogutma gücü gerektirdigi görülmüs olsa da, özellikle kabin içinde homojen bir sıcaklık dagılımı olusturmasından dolayı en ideal sistemler oldugu tespit edilmistir.
Akışkan yatak içerisindeki gaz-katı iki fazlı akışın hidrodinamiğinin sayısal olarak incelenmesi
Akıskan yataklarda, yanma ve emisyon davranısları en basta yatak hidrodinamiği tarafından belirlenmektedir. Akıskan yatakların hidrodinamiği, gaz-katı iki fazlı akıs modelini ve etkilesimlerini açıklayan bir mekanizmadır. Bu çalısmada, soğuk model bir akıskan yatak içerisindeki, gaz-katı iki fazlı akısın hidrodinamiği PHOENICS sayısal akıskanlar dinamiği (SAD) paket programı kullanılarak incelenmistir. Model olarak, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Bölümü Isıl Güç Laboratuarında bulunan soğuk model akıskan yatak test sistemi baz alınmıs ve partikül yoğunluğunun, yüzeysel gaz hızının ve partikül çapının akıs hidrodinamiğine etkileri incelenmistir. Belirlenen bazı kesitlerde gaz ve katı hızı akıs vektörleri, basınç ve katı fazı bosluk kesri konturları, kolon içerisindeki gaz hızının radyal dağılımları, katı hızının radyal dağılımları, yerel katı kütle akılarının radyal dağılımları ve katı fazı bosluk kesrinin radyal dağılımları gösterilmistir. Partikül yoğunluk değisimi, yüzeysel gaz hızı değisimi ve partikül çapı değisimi ile akıskan yatak içerisindeki katı dolasım oranının oldukça fazla etkilendiği görülmüstür.
Düşük lüle plaka mesafelerinde çarpan hava jetinin oluşturduğu ısı transferinin sayısal olarak incelenmesi
Düsük lüle plaka aralıklarında çarpan hava jetinin ısı transferi özellikleri, PHOENICS paket programı kullanılarak sayısal olarak incelenmistir. Nusselt sayısının düsük lüle plaka mesafeleri ve Reynolds sayısı ile nasıl değistiği bu sayısal çalısmada arastırılmıstır. Lüle plaka açıklığı arasındaki ivmelenen akıskanın etkileri ile birlikte yerel hava akımındaki önemli artıs, düsük lüle plaka mesafelerinde yüksek ısı transferine sebep olur. Yerel ısı transferinde iç ve dıs tepe noktası tarafından çevrelenmis bir durgunluk noktası minimumu, z/d=0,25 den daha küçük lüle plaka aralıkları için gözlemlenmistir. Bu birincil ve ikincil maksimumlar sırasıyla, jetin çıkısındaki ivmelenmis radyal akısla ve hava akımında gözlemlenmis bir yerel maksimumla açıklanmaktadır. Anahtar Kelimeler : Çarpan hava jeti, PHOENICS, düsük lüle-plaka mesafesi sayısal akıskanlar dinamiği (SAD)
Çarpan akışkan jetleri kullanılarak elektronik elemanların soğutulmasının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Çarpan jetlerin akış ve ısı transferi özellikleri, jet çıkış geometrisinden jet çıkışındaki hız profiline, jet ile plaka arasındaki mesafeden jet içerisindeki türbülansa, çarpma plakası geometrisinden jet ile plaka arasındaki sıcaklık farkına kadar birçok parametreye bağlı olarak değişmektedir. Bu çalışmada ilk olarak, jet ile çarpma plakası arasındaki sıcaklık farkının yerel ve ortalama ısı transferine etkisi Re =250-10000, jet plaka mesafesi H/D=2-12 aralığında deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Bahsedilen sıcaklık farkının özellikle küçük jet hızlarında ortalama ısı transferi üzerinde %35'e varan oranlarda etkili olduğu ve kaldırma kuvveti etkisiyle oluşan akışın yerel ısı transferini çarpma plakasının değişik bölgelerinde arttırdığı veya azalttığı gözlemlenmiştir. Çarpma plakası üzerinde elde edilen Nu sayıları plaka boyunca doğrusal olmayan bir şekilde değişmektedir. Bahsedilen değişimin belirli aralıklarla ısıl çiftler kullanılarak belirlenmesi özellikle küçük jet çaplarının kullanıldığı durumlarda mümkün olmamaktadır. Bu değişimin jet çıkış geometrisinin bir fonksiyonu olarak her noktada v belirlenebilmesi için sıvı kristal sıcaklık ölçüm tekniği kullanılarak dairesel, eliptik ve dikdörtgen kesitli 9 farklı jet geometrisi için deneyler yapılmıştır. Dairesel jetten farklı eliptik ve dikdörtgen geometrilerin özellikle durma bölgesinde pasif bir ısı transferi arttırım mekanizması olarak kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır. Dairesel ve eliptik jetin akış alanı jet geometrisinin ve jet ile plaka arasındaki mesafenin bir fonksiyonu olarak ayrıntılı Lazer Doppler Anemometrisi (LDA) ve basınç ölçümleriyle belirlenmiştir. Eliptik jetlerde eksen kayması olduğu ve dairesel jetten daha küçük potansiyel öz uzunluğuna sahip oldukları belirlenmiştir. Jet çıkışından başlayıp plaka sonuna kadar elde edilen hız ve türbülans verilerinin, maksimum ısı transferi konumunun belirlenmesine yönelik Re=100-10000 ve H/D=2- 12 aralığında gerçekleştirilen parametrik sayısal çalışma sonuçlarıyla birlikte incelenmesi sonucunda, elde edilen ısı transferinin plaka üzerinde jetin ivmelenmesi ve jet içerisindeki türbülans yoğunluğu ile ilgisi olduğu belirlenmiştir. Çarpan jet akışı sayısal modellemeye uygun basit geometrisi ve karmaşık akış özellikleri göstermesi sebebiyle bir çok farklı türbülans modelinin test edilmesi için çok uygun bir akıştır. Düşük Re sayılı Lam- Bramhorst k-? türbülans modeli dairesel, eliptik ve dikdörtgen kesitli türbülanslı jetlerin modellemesinde test edilmiştir. Sonuç olarak modelin ısı transferini çarpma plakası üzerinde her noktada belirlemede yetersiz kaldığı ancak durma noktasından itibaren genel değişimi yakalayabildiği görülmüştür. Anahtar Kelimeler : Çarpan jet, LDA, sıvı kristal, ısı transferi
Bir yüzeyi ısıtılmış kısmi açık hacimlerden doğal konveksiyonla olan ısı transferinin sayısal incelenmesi
BİR YÜZEYİ ISITILMIŞ KISMİ AÇIK HACİMLERDEN DOĞALKONVEKSİYONLA OLAN ISI TRANSFERİNİN SAYISAL İNCELENMESİ(Yüksek Lisans Tezi)Serhat BAYSALGAZİ ÜNİVERSİTESİFEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜOcak 2006ÖZETElektronik ve mikro-elektronik sistemlerin güvenli çalışması ve uygun tasarımıiçin ısı transferinin oldukça büyük önemi vardır. Bu parçaların performanslarısıcaklığa bağlı olduğu için soğutulmaları hem performanslarını hem deboyutlarını etkilemektedir. Özellikle son yıllarda, elektronik elemanlardan ısıtransferi üzerine dikkate değer sayıda araştırma yapılmaktadır. Bu çalışmada,bir yüzeyi ısıtılmış, kısmi açık hacimlerden doğal konveksiyonla olan ısıtransferi sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmanın amacı, sürekli şartlardaısıtılan hacimde meydana gelen doğal konveksiyonla ısı transferinin, üstten veortadan açık konumlarda olmak üzere, farklı ısı akılarında (qâ³), farklı açıklıkoranlarında (AO), farklı eğim açılarında (θ) ve farklı geometrik oranlarda (GO)θaraştırmaktır. Bu amaçla, kütlenin, momentumun ve enerjinin korunumunutemsil eden denklemler uygun sınır şartları kullanılarak PHOENICS paketprogramından faydalanılarak çözülmüştür.Elde edilen sonuçlara göre açıklık oranının artması ve bununla birlikte eğimaçısının azalması ile ortalama boyutsuz ısı transfer katsayısının arttığı,ortalama yüzey sıcaklığının azaldığı görülmüştür. En iyi ısı transferinin,°geometrik oranın maksimum, açıklık oranının 0,75 ve eğim açısının -10°' deelde edildiği görülmüştür.Bilim Kodu : 914.1.065Anahtar Kelimeler : Doğal konveksiyon, açıklık oranı, geometrik oranSayfa Adedi : 182Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Şenol BAŞKAYA
Süpersonik kavite akışında arka duvar etkisinin OpenFOAM açık kaynak kodlu çözücü kullanılarak sayısal incelenmesi
Yeni nesil savaş uçaklarının mühimmat taşıdıkları yerleri temsil eden kavite bölgesi üzerindeki yüksek hızlı akışlar, havacılık uygulamalarında sıklıkla karşılaşılan, anlaşılması zor, karmaşık, zamana bağlı ve türbülanslı bir yapıya sahip olup, çözülmesi elzem bir problemdir. Bu doğrultuda literatürde birçok sayısal ve deneysel çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmada, süpersonik rejimde 1,4 Mach ile 1,8 Mach aralığında serbest akış hızına sahip olan dikdörtgen şeklindeki açık kavite akışının hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile sayısal analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmada; iki boyutlu, türbülanslı, sıkıştırılabilir akış için zamana bağlı Reynolds Ortalamalı Navier Stokes Denklemleri açık kaynak kodlu bir program olan OpenFOAM yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bulunan sonuçlar, kavitenin kritik bölgeleri olan arka ve alt duvar için basınç katsayıları ve ses basınç seviyeleri cinsinden sunulmuştur. Kavite bölgesinde yüksek hızlı akıştan ve türbülanstan kaynaklanan basınç salınımlarını ve ses basınç seviyelerini düşürebilmek için akışa pasif kontrol yöntemleri uygulanmıştır. Pasif kontrol yöntemleri kapsamında, kavitenin en kritik bölgesi olan arka duvar geometrisinde parametrik modifikasyonlar yapılarak kavitede oluşan gürültü seviyeleri azaltılmaya çalışılmıştır. Bu parametrik çalışmalar; kavite arka duvarına eğim verme çalışmaları, kavite arka duvarında hilal geometrisi oluşturma çalışmaları ve kavite arka duvar boyunu kısaltma çalışmalarıdır. Çalışmalarda kesme tabakası ile kavite arka duvar etkileşiminin azaltılması sonucunda ses basınç seviyelerinde iyileşmeler sağlanmıştır. Gürültü seviyelerini azaltan en iyi arka duvar geometrilerinin kombinasyonları ile sistematik bir şekilde parametrik eniyileştirme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Çalışmaların sonucunda gürültü seviyelerinin en iyi olduğu ideal kavite konfigürasyonu elde edilmiştir. Son olarak, en iyi sonuçları veren kavite konfigürasyonu için süpersonik rejimde farklı Mach sayılarının akışa etkileri incelenmiştir. Yapılan çalışmada kullanılan açık kaynak kodlu HAD çözücüsü OpenFOAM yazılımının güvenilirliği süpersonik kavite akışı için ispatlanmıştır.
Kapalı hacim içerisindeki elektronik kartların termal davranışının deneysel ve nümerik olarak araştırılması
Sunulan tez kapsamında, kapalı hacim içerisinde bulunan bir elektronik kart komplesinin zamana bağımlı doğal taşınım altındaki termal davranışı deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. Kart üzerinde iki adet elektronik komponent bulunmaktadır. Kart komplesi dört adet ayak üzerine sabitlenmiş ve bu ayaklar da ısıtıcı bir plaka üzerine yerleştirilmiştir. Nümerik analizler iletim tabanlı SEY (Sonlu Elemanlar Yöntemi) ve HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. HAD analizlerinin çözümü, zamana bağımlı doğal taşınım ile ısı transferi olan problemlerde oldukça uzun sürmektedir. Öte yandan, iletim tabanlı SEY analizlerinde, sistemde bulunan hava analiz modeline dahil edilmemektedir. Bu da çözüm doğruluğunu olumsuz etkilemektedir. Bu çalışmada, iletim tabanlı SEY analiz modelinde, taşınım sınır şartı tanımlanması için kullanılan taşınım katsayıları deneysel veriler referans alınarak doğrulanmıştır. Ayrıca analiz modelinde belirsizlik içeren, komponentler ile kart arasındaki termal temas direnci ve komponentlerde meydana gelen güç düşüm oranı değerleri de yine deneysel veriler kullanılarak belirlenmiştir. Deneysel veriler kullanılarak doğrulanan analiz modeli ile sistemin termal davranışı 64 farklı sınır şartı için parametrik olarak incelenmiştir. İncelemeler sonucunda, komponent sıcaklığının komponent gücünden, kartın alt yüzeyinin ise, komponent ile aynı hizada olsa bile, kartın alt yüzeyine bakan ısıtıcı plaka sıcaklığından önemli miktarda etkilendiği çıkarımına varılmıştır. Sistem başlangıç sıcaklığının yüksek olduğu durumlarda, ısıtıcı plaka sıcaklığı ve komponent sıcaklığının farklı değerleri için kart ve komponent sıcaklıklarında artış, azalış, önce azalış sonra artış veya önce artış sonra azalış görülebilmektedir. Bu etkiler, ilgili bölgeler ve ısı kaynakları arasındaki termal direnç ile alakalıdır. Ek olarak, beş farklı sınır şartı için HAD ve iletim tabanlı SEY analizleri ve bu sınır şartlarından ikisi için deneyler gerçekleştirilip analiz ve deney sonuçları karşılaştırılmıştır. Sonuçlara göre iletim tabanlı SEY analiz modeli doğru kurulduğu takdirde, HAD analizleri ile ve deneyler ile benzer sonuçlar elde edildiği görülmüştür.