Koniksel girişin aşağı akım akışına etkilerinin sayısal incelenmesi

Fan, pompa, kompresör, manifold ve hava kanalları gibi akışlı sistemlerde enerji kayıplarının doğru bir şekilde hesaplanması önemli olduğu gibi enerji kayıplarının azaltılması da ayrıca önemlidir. Bu çalışmada boru girişlerinde enerji kayıplarının azaltılmasına yönelik sayısal bir çalışma yapılmıştır. Bir rezervuardan boruya akışkan geçişinde boru giriş ağzı aşağı akım akış özellikleri üzerinde önemli etkilere sahiptir. Uygulamalarda koniksel boru girişi, çıkıntılı boru girişi ve keskin kenarlı boru girişinin kullanıldığı görülmektedir. Bunlardan koniksel giriş akışkanın boruya geçişini düzgün bir hız profili ile sağladığından diğer iki giriş tipine göre en az türbülans üreten ve en az enerji kaybına neden olan eleman olarak literatürde bildirilmiştir. Koniksel akış girişi fan, kompresör ve içten yanmalı motor gibi cihazların performanslar üzerinde önemli iyileştirme sağlayabilmektedir. Koniksel giriş eliptik, kanat profili ve yuvarlatılmış yarıçap olarak üç farklı şekilde tasarlanabilmektedir. Bu tez çalışmasında eliptik koniksel giriş tipinin akış üzerinde en iyi performansı göstereceği geometrik parametreleri araştırılmıştır. Bunun için boru çapı değiştirilmeden konik geometrisinin boyutları değiştirilerek dokuz ayrı koniksel giriş modeli oluşturulmuştur. Bu dokuz farklı konik boyut 0.34 < L/De < 0.8 aralığındaki boyutsuz konik boyutlarına denk gelmektedir. Bu dokuz ayrı konik giriş ile 20000<Re<100000 aralığındaki Reynolds sayılarında daimi, izotermal borulu su akışları sayısal yöntemle çözülmüştür. Türbülanslı akışların çözümü RANS denklemlerle ve SST k-omega türbülans modeli kullanılarak çözülmüştür. Sayısal çözümden çıkan sonuçlar ile L / De oranının boru giriş hız profili, konik eleman yerel sürtünme yük kaybı, boru akışındaki darcy sürtünme faktörü ve eksenel akış hızı üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. Sonuç olarak L / De oranın türbülanslı boru akışı üzerinde pek etkili olmadığı fakat laminar boru akışı üzerinde etkili olduğu görülmüştür. L / De oranın değişmesi boru girişinde hız profili üzerinde etkili olduğu görüldü. Boru girişinde ortalama akış hızından sapmanın L / De ve Re ile çok değişkenlik gösterebildiği görüldü. Karşılaştırma amacıyla keskin kenarlı giriş ile de aynı Reynolds sayılarında çözümler yapıldı. Keskin kenarlı girişin boru girişindeki hız profiline ve aşağı akım karakteristiklerine olan etkisinin konik girişe göre çok faklı olduğu ve basınç kayıpları yönünde kötü olduğu görülmüştür. Sonuç olarak konik giriş için en iyi L / De oranları yapılan sayısal çalışmayla tespit edilmiştir.