Numerical analysis of flow and heat transfer characteristics of gyroid-type structures with triply periodic minimal surfaces

Katmanlı üretimin popülaritesinin artması, üstün mekanik, ısı ve kütle transferi özelliklerine sahip olma potansiyelleri nedeniyle mühendislik uygulamalarında üçlü periyodik minimal yüzeylerin (TPMS) kullanımına olan ilgiyi artırmıştır. Bu çalışma, gyroid TPMS yapılarını tanımlayan özellikler, enerji kayıpları, ısı transferi ve akış yapısı arasındaki ilişkiyi anlamayı amaçlamaktadır. Bu amaçla, ilk aşamada iki basılmış TPMS yapısının basınç düşüşü-akış hızı özellikleri ölçülmüştür. Bu çalışmada TPMS yapıları aynı gözenekliliğe sahip ve gyroidlerin frekansı açısından farklılık vardır. Daha sonra, akış simülasyonları iki yöntem kullanılarak gerçekleştirilmiştir: implicit unsteady incompressible Large Eddy Simulations (LES) equations along with the subgrid-scale model and steady incompressible Reynolds Averaged Navier -Stokes (RANS) equations along with the k-epsilon turbulence model. Simüle edilen basınç düşüşleri, ölçülenlerle mükemmel bir şekilde eşleşmese de, deneyler ve simülasyonlar, yüksek frekanslı TPMS'in tüm kütle akış hızı aralığında daha az basınç düşüşü yarattığını göstermektedir. Simülasyon sonuçları, her iki frekans için de aynı ısı transferi oranı özelliğini ortaya koymuştur. Basınç düşüşündeki fark, enerji dağılımının duvara yakın ve uzak bölgelerde ne kadar gerçekleştiğine bakılarak incelenmiştir.