Computational fluid dynamics (HAD)
78 theses under this subject heading
Hava hızı, sıcaklığı ve neminin yoğuşma olayına etkisinin farklı soğutucu akışkanlar için deneysel ve sayısal incelenmesi
Bu tez çalışmasında, termodinamik analiz, termal kamera görüntüleme ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analiz yöntemleri kullanılarak, yoğuşturucu dış tarafından geçen havanın farklı hızları, sıcaklıkları ve bağıl nem değerlerinin, içerisinden R134a, R1234yf, R507a ve R32 gibi güncel soğutucu akışkanların geçtiği, kanatçıklı borulu bir yoğuşturucuda meydana gelen yoğuşma olayı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Yoğuşturucu yüzeyindeki sıcaklık görüntülerini elde etmek amacıyla termal kamera izleme yöntemi kullanılmıştır. Ayrıca, bilgisayar ortamında üç boyutlu geometrisi oluşturulmuş yoğuşturucunun içerisindeki ve dış tarafındaki sıcaklık ve akış dağılımları sürekli rejim şartlarında HAD analizi yapılarak çözümlenmiştir. Tez çalışmasından elde edilen sonuçlara göre; termodinamik analiz ve HAD analizinden elde edilen sonuçlar arasındaki en yüksek sapma miktarının bağıl nem deneyi için %17.34 ile R134a akışkanı için soğutucu akışkan tarafı ortalama taşınım ısı transfer katsayısında olduğu tespit edilmiş, ayrıca, termal kamera izleme yönteminden elde edilen sıcaklık görüntüleri ve HAD analizinden elde edilen konturlerin de iyi bir uyum içerisinde olduğu görülmüştür. Kullanılan soğutucu akışkanlar için, hava hızının ortalama olarak %85 oranında artmasıyla birlikte, ortalama olarak, yoğuşturucu kapasitesinin %10.31 ve soğutucu akışkan tarafı taşınım ısı transfer katsayısının %7.41 oranında arttığı, aynı zamanda kuruluk derecesinin ise %32.56 oranında azalarak, yoğuşma olayının giderek iyileştiği tespit edilmiştir. Hava sıcaklığının %43.75 oranında artmasıyla, yoğuşturucu kapasitesi ve soğutucu akışkan taşınım ısı transfer katsayısında ortalama olarak sırasıyla, %15.06 ve %8.23 azalma olduğu, kuruluk derecesinde ise %17.08'lik artma olduğu tespit edilerek, yoğuşma olayının olumsuz yönde etkilendiği belirlenmiştir. Ayrıca, bağıl nemin %108.33 oranında artması sonucunda, yoğuşturucu kapasitesi ve soğutucu akışkan tarafı taşınım ısı transfer katsayısında ortalama olarak sırasıyla, %11.69 ve %7.08 azalma olduğu, kuruluk derecesinde ise %21.68'lik artma olduğu tespit edilmiştir.
Duvar kaplamasının yol tüneli yangınına etkisi
Dünyada olduğu gibi Türkiye'de de karayolu üzerinde birçok tünel bulunmakta ve sayıları giderek artmaktadır. Karayolu tünelleri ulaşım açısından kolaylık sağlamakla beraber işletilmesi ve güvenliğinin sağlanması açısından oldukça zor bir yapıdır. Hacimsel olarak kapalı bir kutu gibi düşünülen tünellerde yangın gibi olumsuz bir durumda tünel içerisinde neler olacağının belirlenmesi, olası senaryolar düşünülerek gerekli emniyet tedbirlerinin alınması gerekmektedir. Can güvenliği ile beraber içerideki sistemlerin ne derecede etkileneceğinin bilinmesi alınacak tedbirler ve kurulacak sistemlerin belirlenmesi açısından da büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmanın temeli tünel içerisindeki bir yangında oluşan yüksek sıcaklık dağılımının olası etkilerinin incelenmesidir. Bununla beraber beton duvarlar üzerine eklenecek herhangi bir katmanın sıcaklık dağılımını nasıl değiştireceği de araştırılmıştır. Yangına bağlı oluşacak ısının duvar yüzeyinden transferi ve farklı özelliklere sahip katmanlar üzerinde etkileri incelenmiştir. Normalde tünel yapı itibariyle, toprak yoğunluklu bir dağ içerisine gömülü beton yüzeylere sahip olduğundan çalışmada kullanılan model iki tabaka olarak tasarlanmıştır. Üçüncü tabaka olarak ise Kalsiyum-silikat, Alüminyum ve Nikel olmak üzere üç ayrı katman eklenerek, ısı transferi karakteristikleri incelenmiştir. Nümerik analizler ANSYS/FLUENT programı ile standart k-ɛ modeli kullanılarak yapılmıştır. Herhangi bir fana yani cebri bir havalandırmaya sahip olmayan tüneller esas alınarak kütlesel akışa sahip sıcak bir gaz üzerinden modelleme yapılmış ve çözümler zamana bağlı olarak yapılmıştır. Üçüncü katman ile yapılan analizlerde en fazla ısı transferi Alüminyum ile Nikel tabakalarda elde edilmiştir. Sonuçlar üzerinde ısı iletim katsayısı ile beraber ısıl atalet, yoğunluk ve özgül ısının da etkili olduğu gözlenmiştir. Ayrıca üç katmanlı Kalsiyum-Silikat tabaka ile iki katmanlı tabakada benzer sonuçlar elde edilmiştir.
Numerical analysis of local scour downstream of a spillway
The Ogee crested spillway has become one of the most researched hydraulic structures due to its excellent hydraulic features and versatility, Generally hydraulic structures are always subject to scouring effects within and around their foundations or downstream of the spillway. In an attempt to improve upon the evaluation of scouring characteristics downstream of the spillway an Ogee spillway, this experiment aims to explain the numerical simulation of an already existing physical experimental set up that evaluated scouring characteristics in terms of scouring depth and scouring length, taking into consideration the flowrate, tail water depth and bed material as the fundamental independent variables. Thus, the experiment was conducted was virtually as model within the Flow3D computer software, results were obtained and then compared to that of the physical experiment. According to the scouring results acquired from the CFD numerical simulation, the scouring characteristics clearly notably increased the downstream of the spillway, discharge flow rate and tail water depth, The size and shape of bed materials also have a considerable impact on local scouring of the downstream of the spillway. More scouring is typically results from bed materials with a smaller diameter than by that of a larger diameter. The results of this investigation have produced numerical figures that are accurate in estimation and within close acceptable boundaries when compared to the physical experimental study it was based on.
Numerical study of local scour around bridge pier with collar using flow-3D software
The scouring of sediments around bridge foundations in the riverbed leading to collapse remains a significant problem, causing both economic losses and risking human lives. This investigation focuses on studying the effects of collar for reducing scour around bridge piers by using two different types of bridge pier shapes namely circular and nosed pier. In recent years, three-dimensional simulation methods for scouring have gained popularity due to advancements in computer capabilities and software, enabling the widespread utilization of Computational Fluid Dynamics (CFD) to analyze scour phenomena in various industrial and environmental applications. A numerical model is created for bridge pier with collar to compare and validate the results obtained from the experimental study of Ismael A. et al., in 2015. Findings shows that local scour is reduced by using collared bridge pier.
Design and optimization of a spherical hydrokinetic turbine
Spherical hydrokinetic turbines are a relatively new technology with the ability to generate energy using fluid motion. The efficiency of these turbines depends greatly on their design. To maximize the performance of turbines, increase their efficiency and ensure environmental sustainability, their designs need to be optimized using simulation techniques. The scope of the thesis aims to increase energy production and improve efficiency by optimizing the design and operating parameters of hydrokinetic turbines. The turbine's geometry, airfoil, number of blades, and other design factors can greatly affect overall performance. Therefore, optimization algorithms and techniques should be used to determine the optimal design parameters. During optimization, the parameters of the spherical hydrokinetic turbine designed using the Computational Fluid Dynamics technique were optimized using certain algorithms. The simulations were used to evaluate energy production and efficiency. In this way, the theoretical performance of the turbines was determined in advance and the necessary optimizations were made. As a result of the research, the turbine model with the best variation among the available parameters was determined.
İHA uygulamalarına uygun atmosferde çalışan bir Wankel motorunun performansının analizi ve iyileştirilmesi
Oldukça yüksek güç üretimini küçük motor hacminden elde etmeye imkân sağlayan döner pistonlu motorlar (Wankel motorları), düşük titreşime sahip olmaları, hafiflikleri, kompakt yapıları, güç/ağırlık oranının yüksek olması, daha yüksek volumetrik verim ve vuruntuya daha az bağımlılık gibi pek çok avantajlara sahiptir. Bu özelliklerinden dolayı denizcilik endüstrisinden hafif hava aracı endüstrisine kadar pek çok uygulama alanında tercih edilmektedirler. Bu motorların özellikle, güç/ağırlık ve güç/boyut oranı yüksek tahrik sistemlerinin kaçınılmaz olduğu İHA'larda kullanımı oldukça avantajlı ve yaygındır, yapılacak iyileştirmeler ile kullanım avantajları daha da arttırılabilir. Son dönemde ülkemizde yapılan yerli üretim çalışmaları kapsamında özellikle savunma sanayi tarafından İHA'larda kullanılmak üzere güç yoğunluğundan dolayı Wankel motoru üretimi arzu edilmektedir. Fakat bu konuda daha önce bir üretim girişimi, dolayısıyla bilgi birikimi ve üretim alt yapısı olmadığından şu ana dek yerli Wankel motoru üretimi gerçekleşmemiştir. Bu ihtiyacı giderme yolunda bir adım olmak üzere bu tez çalışmasının yapılmasına karar verilmiştir. Bu kapsamda, öncelikle TSK envanterinde İHA'larda kullanıma uygun olarak bulunan ve Vestel Savunma Sanayi'nden (LENTATEK) temin edilen Wankel motorunun üç boyutlu tarama teknolojisi ile ölçümleri alınarak bilgisayar destekli tasarım (BDT) modeli oluşturulmuştur. Ardından sırasıyla sıfır boyutlu, 1 boyutlu ve 3 boyutlu olarak Wankel motoru modellemesi gerçekleştirilmiştir. Bu aşamadaki hedef, 3B hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) simülasyonları sonucunda Wankel motorunun farklı irtifa koşullarında performansı, yanma karakterstikleri ve emisyonları konusunda bilgi sahibi olmaktır. Wankel motorunun yüzey/hacim oranı konvasiyonel pistonlu motorlara göre çok daha yüksektir. Dolayısıyla Wankel motorunun irtifa artışıyla birlikte ateşlememe sorunlarının olması kuvvetle muhtemeldir. Eğer Wankel motorunun yüksek irtifalardaki performansı, yanma karakterstikleri bilinebilirse ateşlememe sorununu bertaraf edilmesi konusunda tedbirler alınabilir. Gerçekleştirilen analizler ile bu tip muhtemel problemlerin görülebilmesi ve ona göre tedbir alınması mümkündür. Ayrıca artan irtifa ile birlikte ortam havasının sıcaklığı, basıncı ve yoğunluğu düşeceği için yanma odası içerisine alınan karışım özellikleri de değişmektedir. Bu sebeple hava fazlalık katsayısının değişiminin Wankel motor performansı üzerindeki etkilerinin incelenmesinde de fayda vardır. Bu çalışmada ele alınan bir diğer konu da budur. Wankel motorunda irtifa artışı ve hava yakıt oranı değişiminin referans Wankel motorunun performansı, yanma karakteristikleri ve emisyonları üzerine etkileri tespit edildikten sonra günümüzdeki Wankel motor performansını artırmaya yönelik en popüler metotlardan olan yakıta hidrojen zenginleştirme stratejisi uygulanmıştır. Gerçekleştirilen simülasyon sonuçları hidrojen zenginleştirme yaklaşımının Wankel motorların performansı üzerinde oldukça olumlu bir etkisi olduğunu göstermiştir. Benzinli 4 zamanlı referans Wankel motoruna %5 ve %10 oranlarında hidrojen katkısı yapıldığında, Wankel motorunun saf benzinle çalışma durumuna kıyasla ortalama efektif basıncında sırasıyla %8.18 ve %9.68, indike tork değerinde sırasıyla %6.15 ve %7.99 artış gözlemlenirken özgül yakıt sarfiyatı değerinde azalma olmuştur. Ayrıca uygulanan hidrojen zenginleştirme yöntemi sonucu hidrokarbon (HC) ve karbonmonoksit (CO) emisyonlarında da azalma olmuştur. Bununla birlikte hidrojen zenginleştirme stratejisi uygulanmış referans motorda saf benzinle çalışma durumuna göre daha sıcak çalışma şartları oluştuğu için Azotoksit (NOx) emisyonlarında ise artış gözlemlenmiştir. Bu tez çalışmasında İHA'larda kullanılan bir Wankel motoru için elde edilen numerik bulguların, hem geometrik hem de yakıt içeriği itibariyle Wankel motor konusunda üretim çalışmalarına katkı sağlaması beklenmektedir. Bunun yanısara, özellikle Wankel motorunun hidrojen katkısı ile prototip üretimi konusunda firmalarla görüşmeler gerçekleştirilmiş ve tez sonrası devam projesi olarak prototip üretimi konusunda adımlar atılmıştır.
Turboprop motorlar için akçaağaç tohumu yaprağından esinlenmeli biyomimetik pervane tasarımı
Turboprop motorlar düşük hızlarda yüksek itki ve düşük yakıt tüketimi sağladıklarından günümüz havacılık endüstrisinde İHA'lardan yolcu uçaklarına kadar birçok uygulamada en çok tercih edilen tahrik sistemlerinin arasında yer almaktadır. Turboprop motorların itki verimleri, büyük ölçüde tahrik sisteminin en önemli parçalarından biri olan pervanelerin aerodinamik performansına bağlıdır. Bu yüzden, turboprop motor pervanelerinin aerodinamik performansının optimize edilmesi önemli bir araştırma konusu olarak karşımıza çıkmaktadır. Basitçe, bir pervane geometrisi, eksen boyunca farklı hücum açılarında dizilmiş belirli kesit şekline sahip 2 boyutlu geometrilerin birleşiminden oluşan, burulmuş 3 boyutlu model olarak tarif edilebilir. Bu nedenle, pervane tasarımının ilk aşamasının, aerodinamik performans açısından kesit geometrisinin optimize edilmesi olduğunu söylemek mümkündür. Genellikle uygulamada düşük hızlarda makul kaldırma-sürükleme oranı sağladığı bilinen NACA 44 serisi (örn. NACA 4412 ve 4415) kesit geometrileri kullanılmaktadır. Ancak, literatürde, turboprop motorlar için en uygun pervane kesit geometrisinin araştırıldığı kapsamlı bir çalışma bulunmamaktadır. Bu çalışmanın temel amacı, turboprop motorlar için HAD ve FSI analizleri ile alternatif bir pervane kesit geometrisi önermektir. Bu doğrultuda, kesit geometrisine ilişkin tasarım parametrelerinin pozitif hücum açısı (5°) ve düşük uçuş hızı (30 m/s) gibi kritik koşullar altında aerodinamik yükler üzerindeki etkileri HAD analizleri ile detaylı olarak incelenmiştir. NACA dört-dijit serisinde kesit geometrisi, maksimum kamburluk (𝑚), maksimum kamburluk noktası (𝑝) ve kalınlık oranı (𝑡) olmak üzere üç temel tasarım parametresine sahiptir. Bu çalışmada, aynı veter uzunluğu (140 mm) farklı 𝑚, 𝑝 ve 𝑡 değerlerine sahip 120 farklı kesit geometrisi üzerindeki 2- boyutlu sıkıştırılamaz türbülanslı akış durumu sürekli akış koşulu altında HAD ile analiz edilerek aerodinamik yükler tahmin edilmiştir. Türbülans modeli olarak Spalart-Allmaras kullanılmış, referans kesit geometrisi (NACA 4412) üzerinden detaylı ağ bağımsızlık çalışması ve NASA tarafından sunulan deneysel ve sayısal sonuçlar ile doğrulama çalışması yapılmıştır. HAD sonuçları kullanılarak, pervane kesit geometrisi tasarım parametreleri ile aerodinamik yükler arasında cevap yüzey yöntemi ile matematiksel modeller oluşturulmuştur. Daha sonra bu modeller yardımıyla kaldırma kuvvetini maksimum, sürükleme kuvvetini minimum yapacak olası pervane kesit geometrileri çok amaçlı optimizasyon işlemi ile tahmin edilmiştir. Yapılan optimizasyon çalışması neticesinde 𝑚 = 7.8926, 𝑝 = 3.1536 ve 𝑡 = 6.9928 değerine sahip kesit geometrisin NACA 4412'e göre yaklaşık %40,95 daha iyi kaldırma-sürükleme oranı sağladığı belirlenmiştir. Pervane tasarımının ikinci aşamasında ise, optimize edilen kesit geometrisi kullanılıp doğadan toplanan akçaağaç tohumlarının kanat yapıları detaylı olarak incelenerek kanat planformunun tasarım parametreleri ve seviyeleri belirlendi ve optimizasyon yöntemleri ve HAD analizleri sonucunda nihai turboprop pervanesinin 3B katı modeli oluşturulurdu. Son aşamada ise, aerodinamik ve yapısal açıdan en uygun geometriyi elde edebilmek için belirlenen akçaağaç tohum yaprağından esinlenmeli biyomimetik pervane geometrileri, 2000 𝑑/𝑑𝑘 ve 70 𝑚/𝑠 yüksek hız koşulları altında çift yönlü FSI analizleri ile pervane üzerinde oluşabilecek yapısal yükler öngörülmüştür. FSI analizleri sonucunda maksimum gerilme değerinin pervane malzemesi olarak seçilen alüminyum alaşımın akma sınırının altında kaldığı, maksimum deformasyonun milimetre düzeylerinde gerçekleştiği ve pervanenin dinamik yükler altında ömür hesaplaması tespit edilerek, tasarlanan pervane geometrisinin uygulanabilir olduğu sonucuna varılmıştır. Anahtar kelimeler: Turboprop motor, HAD, Akışkan yapı etkileşimi, Biyomimetik, Cevap yüzey yöntemi.
Hareketsiz alan problemleri için FEniCS ortamında RBVMS metodu ile bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği çözücü geliştirilmesi
Bu tez çalışmasında, hareketsiz alan problemleri için FEniCS ortamında "Kalıntı Tabanlı Varyasyonel Çok Ölçekli" ("Residual-Based Variational Multiscale," RBVMS) metodu ile bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ("Computational Fluid Dynamics," CFD) çözücüsü geliştirilmiştir. FEniCS, Sonlu Elemanlar Metodu ("Finite Element Method," FEM) ile diferansiyel denklemlerin çözümünde kullanılan açık kaynaklı bir yazılım kütüphanesidir ve bilimsel hesaplamalar için güçlü bir araçtır. RBVMS yöntemi, Navier-Stokes denklemlerinin çözümünde akışın modellenmesi için kullanılır ve çözülmemiş ölçeklerin etkisini minimize eder. Bu yöntem, yüksek doğruluk ve kararlılık sağlamak amacıyla stabilizasyon teknikleri kullanarak daha doğru sonuçlar elde etmeyi amaçlar. Tez kapsamında, RBVMS yönteminin teorik temelleri ayrıntılı bir şekilde ele alınmış ve bu yöntemin FEniCS platformunda nasıl uygulanacağı açıklanmıştır. Geliştirilen çözücünün etkinliğini ve doğruluğunu değerlendirmek amacıyla iki temel test problemi üzerinde çalışmalar gerçekleştirilmiştir: Kapak tahrikli akış problemi ve dönen silindir etrafındaki akış problemi. Bu test problemleri, literatürde yaygın olarak kullanılan ve CFD çözücülerinin doğruluğunu test etmek için ideal referanslar olarak ele alınmıştır. Kapak tahrikli akış problemi için yapılan analizlerde, farklı ağ yapıları Reynolds sayıları ve engel geometrileri kullanılarak akış çözümlerinin doğruluğu incelenmiştir. Ağ bağımsızlık çalışmaları sonucunda, en uygun ağ yoğunluğu belirlenmiş, bu yoğunluk için farklı modeller üzerinde CFD analizleri yapılmış ve elde edilen sonuçlar literatürdeki referans çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmalar sonucunda, geliştirilen çözücünün akış karakteristiklerini doğru bir şekilde temsil ettiği ve güvenilir sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Dönen silindir etrafındaki akış problemi için ise, silindirin dönme hızının farklı değerleri kullanılarak akış yapıları ve girdap dinamikleri incelenmiştir. Bu analizler sonucunda, geliştirilen çözücünün yüksek Reynolds sayılarında bile doğru ve kararlı sonuçlar verdiği belirlenmiştir. Ayrıca, farklı hız oranlarına göre elde edilen akış karakteristikleri, literatürdeki referans verilerle büyük ölçüde uyumlu bulunmuştur. Yapılan çalışma, FEniCS ortamında RBVMS yöntemi ile CFD çözücüsü geliştirilmesi konusunda akademik literatüre önemli bir katkı sağlamaktadır. Geliştirilen çözücü, hareketsiz alan problemlerinde çeşitli mühendislik uygulamalarında da kullanılabilecek etkin ve esnek bir araç olarak değerlendirilmektedir. Çalışmanın sonuçları, FEniCS ve RBVMS yönteminin CFD alanında daha geniş uygulamalara yönelik potansiyelini ortaya koymaktadır.
Sürekli sıcak daldırmalı galvanizleme hattında kaplama kalınlığı için matematiksel model geliştirilmesi
Galvaniz kaplı çelikler; yüksek korozyon direnci, dayanım ve uzun servis ömrü sağlamaları nedeniyle otomotiv, beyaz eşya ve yapı endüstrileri başta olmak üzere geniş bir kullanım alanına sahiptir. Bu malzemenin dünya genelinde kişi başına düşen tüketim miktarının oldukça yüksek olması, kaplama kalınlığının doğru ve kontrollü biçimde ayarlanmasının hem maliyet hem de performans açısından ne kadar kritik olduğunu göstermektedir. Üretim hatlarında hedeflenen kaplama ağırlığına ulaşmak, gereksiz çinko tüketimini önlemek ve ürünün kullanım koşullarına uygun performans sergilemesini sağlamak için kaplama kalınlığının güvenilir bir yöntemle tahmin edilmesi gerekmektedir. Bu gereksinim, galvaniz hatlarında sıklıkla kullanılan hava jeti destekli sıyırma mekanizmasının fiziksel olarak doğru ve geniş aralıklarda uygulanabilir bir modelle temsil edilmesini zorunlu kılmaktadır. Bu tezde, hava jeti ile sıyırma prensibine dayalı sürekli sıcak daldırma galvanizleme prosesinde kaplama kalınlığının güvenilir biçimde tahmin edilebilmesi amacıyla tamamen boyutsuz ve nozul geometrisinden bağımsız özgün bir matematiksel model geliştirilmiştir. Literatürde yaygın olarak kullanılan nozul giriş basıncı veya z/d oranına dayalı ifadelerin, farklı nozul tasarımlarında değişen çıkış jet hızları nedeniyle genelleştirilebilirliği sınırladığından, bu çalışmada fiziksel sürecin tamamını temsil edebilecek boyutsuz değişkenler tanımlanmış ve Buckingham Pi Teoremi ile kapsamlı bir boyut analizi gerçekleştirilmiştir. Fiziksel modeli oluşturmak için öncelikle gaz–jet etkileşimi analitik olarak incelenmiş ve kaplama kalınlığını kayma gerilmesi ile basınç gradyanına dayalı olarak hesaplayan analitik bir model oluşturulmuştur. Bu parametrelerin hesaplanabilmesi amacıyla yalnızca havanın modellendiği iki boyutlu, tek fazlı ve RANS tabanlı bir HAD modeli geliştirilmiş; model üzerinde gerçekleştirilen mesh bağımsızlık analizi ile çözüm hassasiyeti doğrulanmıştır. Tezin amacına uygun olarak nozul geometrisinden bağımsız bir yaklaşım elde edebilmek için, HAD analizlerinde nozul giriş basıncı (𝑃 𝑗𝑒𝑡 ) jet çıkış hızıyla (𝑉 𝑗𝑒𝑡 ) ilişkilendirilerek sınır koşulu olarak tanımlanmıştır. Endüstriyel çalışma koşulları dikkate alınarak 990 farklı durum için HAD analizleri gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar boyut analizi kapsamında boyutsuz hâle getirilmiştir. Borçelik'in CGL-3 hattından toplanan kaplama kalınlığı ölçümleri ile elde edilen verilerin güvenilirliği istatistiksel yöntemlerle doğrulanmış ve fiziksel modelin gerçek üretim koşullarını temsil etme kapasitesi test edilmiştir. Deneysel verilerin dar bir aralıkta yoğunlaşması nedeniyle, modelin genelleme kabiliyetini artırmak adına geniş parametre uzayını kapsayan HAD çıktıları ile makine öğrenmesi yöntemleri bir araya getirilmiştir. Ön modeldeki sapmalar, artık değer temelli bir düzeltme yaklaşımıyla giderilmiş; beş farklı algoritma karşılaştırılarak en yüksek başarıyı gösteren XGBoost algoritması tercih edilmiştir. Nihai hibrit model, eğitim sürecinde R²=0,99 ve %2,35 göreceli hata; daha önce görülmeyen koşullardaki endüstriyel doğrulamalarda ise %4,91 hata ile xvii yüksek doğruluk göstermiştir. Ayrıca gerçekleştirilen belirsizlik analizi, toplam belirsizlik üzerinde deneysel parametrelerin belirgin şekilde baskın olduğunu; sayısal bileşenlerin ise mesh bağımsızlığı sayesinde oldukça düşük katkı sağladığını göstermiştir. Sonuç olarak, geliştirilen boyutsuz ve hibrit model; nozul geometrisinden bağımsız yapısı, fiziksel süreçlerle tutarlı formülasyonu ve geniş aralıkta geçerlilik sağlayan veri temelli yapısıyla, sıcak daldırma galvaniz hatlarında kaplama kalınlığı kontrolü için güvenilir, ölçeklenebilir ve endüstriyel uygulamalara doğrudan entegre edilebilir bir mühendislik aracı sunmaktadır.
Absorbsiyonlu soğutma yapılan bir mini buzdolabının hesaplamalı akışkan dinamiği destekli ekserji analizi
Enerjinin öneminin giderek arttığı bu günlerde, soğutma sistemlerinin performanslarının geliştirilmesi büyük önem arz etmektedir. 2021 yılı itibari ile Avrupa Birliği (AB) tarafından yayımlanan yeni enerji regülasyonu kapsamında, üretici firmaları enerji verimlilikleri bakımından iyileştirme yapmaya teşvik etmektedir. Absorbsiyonlu soğutma sistemlerin enerji tüketim değerleri çok iyi olmamasına rağmen kompresörlü ürünlere göre sessiz çalışmaları ve çevre dostu akışkanlar kullanılması sebebi ile özellikle turizm sektöründe öncelikli soğutma sistemlerinden biri olarak görülmektedir. Bu kapsamda, tek kademeli difüzyonlu absorbsiyonlu minibar buzdolabının termodinamik analizi gerçekleştirilmiştir. Ele alınan minibar buzdolabında soğutucu akışkan olarak amonyak, soğurucu akışkan olarak su, basınç dengeleyici olarak helyum gazı ve güç kaynağı olarak elektrikli rezistans kullanılmıştır. Çalışmada termodinamik analiz için minibar buzdolabı bir deney düzeneği olarak düzenlenmiş ve minibar buzdolabının farklı noktalarından sıcaklık ve basınç ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Deneysel ölçümler hem minibar soğutma kabininde hem de absorbsiyonlu soğutma çevriminde gerçekleştirilmiştir. Ele alınan minibarın ekserji analizi Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizi ile desteklenmiştir. Deneysel ölçümlerle gerçekleştirilen enerji ve ekserji analizine ek olarak HAD analizi ile soğutulan kabinin entropi üretimi hesaplanmıştır. Bu tez çalışmasında uygulanan HAD yöntemleri sıcaklık ölçümleri ile doğrulanmıştır. Soğutulan kabinin deneysel sıcaklık ölçümleri ile HAD simülasyon sıcaklıkları arasındaki ortalama mutlak hata yüzdesi (MAE) %3,4 olarak bulunmuştur. Analiz sonucuna göre en yüksek ısı transfer hızının 27,2 W ile ayırıcıda meydana geldiği tespit edilmiştir. Bu tez çalışmasında absorbe minibardaki en yüksek ekserji yıkımı 9,02 W ile ısı değiştiricide olduğu sonucuna varılmıştır. Absorbe minibarın ekserji verimliliği 0,719; Etkinlik Tesir Katsayısı (COP) 0,13 olarak bulunmuştur.
Oluklu borularda basınç kaybı: Sayısal bir yaklaşım
Bu tez kapsamında sanayilerde kullanımı günden güne artan verimlilik açısından kritik öneme sahip oluklu borularda basınç düşüş analizleri yapılmış ve sürtünme katsayılarının tayinleri üzerine çalışılmıştır. Referans alınan iki ayrı makaleden toplam sekiz borunun deneysel verileri CFD analizleriyle karşılaştırılarak, literatürle uyumları gözlemlenmiştir. Sayısal çözüm süreci sonlu hacimler tekniğini kullanan bir yazılım üzerinden ilerletilmiştir. Sürecin kontrolü aynı ölçülerdeki düz borularda yapılmış, oluklu durum için ise literatürdeki basınç düşüşü formülleri ile karşılaştırılmıştır. Türbülans modeli olarak SST k-omega türbülans modeli kullanılmıştır. Sürtünme katsayısı, Darcy-Weisbach denklemine göre hesaplanmış ve karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Yapılan analizler sonucunda elde edilen veriler, oluklu borularda yaşanan basınç düşüşünün düz borulara göre yaklaşık yedi kat daha fazla olduğunu göstermektedir. Ayrıca, oluklu borulardaki akış mekanizmasının, düz borulara kıyasla daha karmaşık olduğu gözlemlenmiştir. Çalışma, önceki çalışmalarda kullanılan formüllerin hata toleransları içinde kaldığını ve sürtünme faktörünün doğru bir şekilde belirlendiğini ortaya koymaktadır.
Yüksek lift katsayısına sahip S1223 kanat profilinde laminer ayrılma kabarcığı kaynaklı tutunma kaybının pasif akış kontrolü ile sayısal olarak incelenmesi
Doğal ve insan yapımı uçan araçlar, geniş bir yelpazede kullanılmaktadır. Günümüzde mini İnsansız Hava Araçlarına (İHA) olan ilgi sürekli olarak artmaktadır. İHA araçlarının performansını etkileyen en önemli parçası kanatlardır. Bu nedenle geçmişten günümüze kadar birçok araştırmanın ve deneylerin odak noktası olmuş ve olmaya devam etmektedir. Bilimsel ve teknolojik gelişmeler sayesinde, havadaki nesnelerin davranışlarını yöneten fiziksel prensipleri incelemek ve analiz etmek mümkün hale gelmiş ve bu da çeşitli havacılık uygulamaları için yüksek verimli kanat geliştirmenin önünü açmıştır. Düşük Re sayılarında yüksek kaldırma kuvvetine sahip kanatlar konusu, yıllardır birçok akademik araştırma ve çalışmada yoğun ilgi görmüş ve görmeye devam etmektedir. Bu çalışmada, düşük Re sayılarında yüksek kaldırma kuvvetine sahip olan ve mini insansız hava araçlarında kullanılması önerilen S1223 kanat profilinin aerodinamik performansı analiz edilerek doğrulanmıştır. Ayrıca, daha yüksek kaldırma kuvveti/sürüklenme kuvvetine oranına sahip olan modifikasyonlu bir kanat geliştirmeye odaklanılmıştır. Bu amaçla S1223 kanat profilinin üst yüzeyinde oluşan ve performansı olumsuz etkileyen titreşimlere ve türbülansa neden olan Laminer Ayrılma Kabarcıklarının (LSB) bölgeleri belirlenmiştir. Kanat verimliliği arttırmak ve oluşan LSB'lerin etkisini azaltmak amacıyla kanat yüzeyinde biri eğimli yüzeye sahip olan diğeri genişlik, uzunluk ve derinlik oranları değişen oyuklu modifikasyonlar yapılmıştır. Bu modifikasyonlar sonucu tasarlanan kanat profilleri 𝐶𝑙 katsayısı, 𝐶𝑑 katsayısı, 𝐶𝑙/𝐶𝑑 oranı, 𝐶𝑝 dağılımı, hız ve basınç konturlarının değişimleri, 0° hücum açısından stall(durma) açısına kadar 2° artırılarak ve Re sayısının 200.000, 300.000 ve 400.000 olduğu durumlar için incelenmiştir. İncelenen her durum için aerodinamik performans katsayısı değerleri belirlenmiştir. Yapılan analizler sonucunda kanat üst yüzeyinde düz eğimli yüzey kullanımının performansı arttırdığı, dairesel oyuklu yüzey kullanımının ise performansı düşürdüğü tespit edilmiştir. Fakat kanat üst yüzeyinde dairesel oyuk kullanmanın LSB bölgelerinin yok olmasına sebep olmaktadır. Düşük Re sayılı hava araçlarında S1223 kanat profilini kullanmak yerine tüm hücum açılarında ve Re sayılarında iyileşmenin olduğu 4°'lik eğim açısına sahip ve O S1223_4 kodu ile isimlendirilen kanat profilinin kullanılması aerodinamik performansı arttırmaktadır
Electricity generation by using micro wind turbine in metro lines
Due to the increasing human population, the consumption rate of exhaustible resources has also increased. Especially in energy production, methods for the use of renewable energy sources as an alternative to exhaustible sources are becoming more common day by day. The use of wind turbines in electricity generation can be given as an example of this situation. By using wind turbines, it is possible to generate energy with turbines at different locations and with different power capacities. The generation of electrical energy by using micro wind turbines in public transportation vehicles can be given as an example of what has become widespread in city life. The subject of generating electrical energy by the movement of the outside air, which is accelerated by the movement of public transportation vehicles, by using a wind turbine, has been studied by different researchers in recent years. Micro wind turbines are turbines that have many benefits such as do not cost towers, are easy to transport and install due to their size and, can be used almost everywhere in daily life. It has been studied in this thesis to generate energy from the kinetic energy of the air, which is moved by the train movement in the subway stations. Kızılay metro station, which is the most frequent station in Ankara, the capital and second-most crowded city is taken as an example station. The behaviour of the air moving inside, and the velocity profile was obtained by performing flow field analysis in the ANSYS Fluent package program by using the real station dimensions and the gauge dimensions of the wagons. According to the btained velocity data, a suitable micro wind turbine was selected and the daily, weekly, monthly and, annual electrical energy amount that could be obtained with this turbine system was calculated. The results were compared with similar studies in the literature, and it was seen that the amount of electricity produced varies depending on the selected turbine, train speed, and the speed of the air moving accordingly, the number of turbines. Keywords: Electricity Generation, Micro-wind Turbines, Energy Saving, CFD
Effects of usage dimpled surfaces on Ahmed body jeneric model flow characteristics
Vehicle aerodynamics which directly affect fuel consumption values in vehicles, has a great importance in terms of vehicle stability, acceleration ability, vehicle noise and environmental pollution. The Ahmed car model is one of the most important generic models so this popular car model is widely used in the literature on fluid mechanics and vehicle aerodynamics studies. The simple and easy applicable shape of the Ahmed body make the model convenient in these sort of investigations. This study investigates effect of a passive drag reduction technique which it is known as dimple surface, on Ahmed car model with 35° slant angle. In order to take distinctive result, rear wake zone was selected for design optimization area. The flow control methods were applied numerically also these methods were compared with similar works. The selected passive drag reduction method was used with different model configurations to determine optimum parameters and evaluate these parameters how will effect on the vehicle drag and lift coefficients. Analyses made in this study, were calculated with 2.4 million cell number and the maximum drag value reduction was obtained as 3.5 % by using dimple surfaces. Moreover, the applicability and manufacturability factor was also evaluated in terms of implementing the dimpling modification to today's current road vehicles and in order to make this study meaningful for vehicle aerodynamics.
Experimental and numerical comparison study of complex bridge pier models
The major goal of this thesis is to distinguish between several complex bridge piers by identifying the flow characteristics around each type. Experimental and numerical analyses have been conducted for this goal, and the outcomes from these two approaches have been compared. A study using dye visualization technique has been conducted experimentally. After the experimental study, numerical analyzes have been carried out under the same conditions using Detached Eddy Simulation turbulence model and the results from the same regions were visualized for comparison. The Reynolds number has been set as Re = 1.5x104 for both experimental and numerical analyzes. Additionally, by using numerical analysis, certain significant parameters that could not be deduced from the experimental findings have been estimated and presented. Based on the results of the study, when the pile cap regions have been examined, the wake region had the lowest mean streamwise velocities, with similar values obtained for all geometries. Furthermore, mean pressure values have been found to have an effect on the front of the complex bridge piers based on the results of time-averaged normalized mean pressure values. Finally, drag coefficients have been sorted from low to high when comparing complex bridge piers in all geometries as elliptical, 2D cylinder, D cylinder, rectangular, tandem cylinders, square, and 4D cylinder.
Havalandırma sistemlerinde performans ölçüm metodolojisinin geliştirilmesi
Bu tez çalışmasında, merkezi havalandırma sistemlerinde kullanılan hava akış kontrol valfleri ve test yöntemleri hakkında araştırmaların yapılması, ayrıca yenilikçi bir hava akış kontrol valfi geliştirmek için test yöntemlerinin denenerek sonuçlarının uygulamaya aktarılması ve literatüre kazandırılması amaçlanmıştır. Bu amaçlar doğrultusunda, ilk olarak hava akış kontrol valfleri ile ilgili alınmış patentler incelenmiştir. Hava akış kontrol valflerinin performansına etki eden tasarım parametreleri belirlenmiştir. Hava akış kontrol valfinin tasarım parametreleri olarak; hava akış kontrol valfinin konik yapısı, açıklık sayısı ve hava akış slot açısı belirlenmiştir. Diğer taraftan, davlumbaz tasarımı ile ilgili olarak; davlumbaza eklenen hava yönlendirici kılavuzun davlumbaz performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yapılan tasarım optimizasyonları sonucu oluşturulan merkezi havalandırma sistemi davlumbazı ve hava akış kontrol valfi, farklı debi koşulunda yakalama hızı, debi için gerekli olan merkezi sistem basıncı ve koku performansı açısından değerlendirilmiştir. Ayrıca, Avrupa standardına uygun koku yakalama performansı gerçek ortam deneyleri sayısal analizler ile simüle edilmiştir. Sayısal analizler içim tam ölçekli bir mutfak ve davlumbaza monte edilmiş hava akış kontrol valfi modellenmiş. Analizlerde, ocak tarafından ısıtılmış su buharı ve metil etil keton karışımının hava akış kontrol valfi tarafından yakalanmasını simule etmektedir. Analiz sonuçları, yakalama hızı, koku yakalama performansı, türbülans oluşumu ve debi için gerekli olan sistem basıncı açısından incelenmiştir. Sayısal çalışmalarda hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı olan ANSYS Fluent 19.0 yazılımı kullanılmıştır. Analizlerde çok fazlı akışlar için akışkanların hareketini tanımlayan, standart 𝑘–𝜔 SST türbülans modeli kullanılmıştır. Sayısal analizler deneysel çalışmalar ile doğrulanmıştır. Çalışmalar sonucu geliştirilen yenilikçi hava akış kontrol valfi ile enerji tüketimi deneyleri gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen yenilikçi hava akış kontrol valfi sayesinde performans artışı sağlanmış ve tez çalışması kapsamında geliştirilen hava akış kontrol valfi tasarımına patent başvurusu yapılmıştır.
Basamaklı dolusavakların hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemi ile incelenmesi
Basamaklı dolusavaklar, boşaltım kanalı boyunca yerleştirilen basamaklar sayesinde akım enerjisinin büyük kısmını sönümleyebilmektedir. Basamakların enerji sönümlemedeki etkisi sebebiyle yüzyıllardır kullanılan bu dolusavaklar, birçok akademik çalışmaya da konu olmuştur. Araştırmacılar, enerji sönümleme oranında daha iyi neticeler elde edebilmek için farklı basamak geometrileri önermeye devam etmektedir. Bu tez çalışmasında, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi yazılımlarından olan Flow-3D kullanılarak basamaklı dolusavaklardaki akım, sayısal olarak incelenmiştir. Çalışma, temel olarak iki kısımdan oluşmaktadır. İlk kısımda, DSİ TAKK (Teknik Araştırma ve Kalite Kontrol) Dairesi Başkanlığı tarafından 1/40 ölçekli olarak modellenen Antalya Gökçeler Barajı basamaklı dolusavağının deney sonuçları, dört farklı türbülans modeli (𝑘-𝜀, 𝑘-𝜔, LES, RNG) kullanılarak sayısal olarak incelenmiş ve deneysel sonuçlarla en uyumlu türbülans modelleri tespit edilmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında ise literatürdeki klasik basamaklı bir dolusavak modelinin deney sonuçları kullanılarak sayısal doğrulama yapılmış ve üçgen basamaklı dolusavak geometrileri önerilmiştir. Çalışmanın ilk kısmında yürütülen analizlerin deney sonuçları ile kıyaslanması neticesinde, debi-seviye eğrilerinde en uyumlu türbülans modelinin 𝑘-𝜔; dolusavak basınç ölçümleri, sönümlenen enerji oranları ve yaklaşım kanalı hızlarında en uyumlu türbülans modelinin 𝑘-𝜀; dolusavak su yüzü profillerinde ise en uyumlu türbülans modelinin LES (Large Edyy Simulation) olduğu görülmüştür. Çalışmanın ikinci kısmında yürütülen analizler neticesinde ise tüm modellerde debi arttıkça enerji sönümleme oranının azaldığı, çalışmada kullanılan tüm debilerde üçgen basamaklı dolusavakların klasik basamaklı dolusavağa kıyasla daha yüksek oranda enerji sönümleyebildiği, üçgen basamaklı modellerde basamak derinliğinin (ht) artışıyla birlikte enerji sönümleme oranın arttığı, üçgen basamaklı dolusavakların klasik basamaklı dolusavağa göre yaklaşık %78'e kadar daha fazla enerji sönümleyebildiği sonuçlarına varılmıştır.
Kazıklı dalgakıranlarda dalga iletiminin modellenmesi
Bu tez çalışmasında daha önce fiziksel olarak modellenmiş bir kazıklı dalgakıran modeli, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) yazılımı olan Flow-3D ile sayısal olarak modellenmiştir. Yapılan sayısal modellemeler sonucu elde edilen dalga iletim katsayıları, fiziksel model sonucu elde edilmiş dalga iletim katsayıları ile kıyaslanmıştır. Yapılan kıyaslamalar ile model içerisindeki sınır koşullar üzerinde değişiklikler yapılarak elde edilen sayısal model sonuçları ile fiziksel model sonuçları arasındaki uyumluluk incelenmiştir.
Computational modeling and analysis of viscoelastic multiphase flows
Interface-resolved direct numerical simulations of multiphase viscoelastic fluid flows have been performed by using a high fidelity finite-difference/front-tracking method to explore some of the most complex dynamics of these intricate flow regimes. Surfactant contamination is also considered. The flow equations are solved fully coupled with the viscoelastic model equations and the equations governing interfacial and bulk surfactant concentrations. The latter coupling is accomplished by a nonlinear equation of state that relates the surface tension to the surfactant concentration. Simulations are first performed to study the phenomenon of negative wakes generated behind a pair of bubbles rising in an otherwise quiescent viscoelastic fluid under buoyancy. It is found that, in addition to the formation of long tails that tilt towards each other, the lateral symmetry is also broken in the two-bubble system. The rise velocity of the parallel bubbles remains slightly smaller than that of the single bubble due to bubble-bubble interactions. Symmetry observed in the case of parallel bubble pairs is broken when bubbles are initialized by an initial offset in vertical direction. Next, lateral migration of a deformable bubble in a viscoelastic pressure driven channel flow is studied. It is found that the forces induced by fluid inertia push a bubble towards wall while elasticity and deformability pull it towards channel center. This interplay between fluid inertia, elasticity, and bubble deformability determines the orientation of bubble migration in the channel and its final equilibrium position. It is shown that secondary flow velocity induced by a bubble migrating towards wall is an order of magnitude higher than the one induced by a solid particle under similar flow conditions. This behavior is attributed to the slip condition on the bubble surface. Then, a novel mechanism of achieving an elasto-inertial turbulent (EIT) state by injecting bubbles into a pressure-driven viscoelastic channel flow under the conditions for which a single-phase flow remains laminar is demonstrated even for the Reynolds number as low as Re = 10 and a Weissenberg number as low as Wi = 1. It is found that curved streamlines across the bubble interfaces provide the necessary condition to trigger an elastic instability that leads to a fully chaotic motion even at very low Reynolds and Weissenberg numbers for which the single-phase flow remains completely laminar. The energy spectra shows a scaling of −2 for this multiphase EIT regime. It is also found that bubbles move towards the channel centerline and form a string-shaped alignment pattern in the core region at lower values of Re = 10 and Wi = 1. Unlike solid particles, increasing shear-thinning effect tends to break up alignment of bubbles. Finally, interface-resolved direct numerical simulations are performed to investigate drag reduction by polymer additives in a bubbly turbulent channel flow in the presence of surfactant contamination for a fixed Reynolds number of Re = 5600. Simulations are carried out for the high-drag-reduction (HDR) and maximum-drag-reduction (MDR) regimes. It is shown that, once flow is made viscoelastic by polymer additives, an HDR regime is achieved with a drag reduction of 49%. It is found that Reynolds stress is reduced in this HDR regime but still remains higher than polymer stress. Injection of contaminated bubbles reduces Reynolds stress even further and drag is not increased. Reynolds stress in single-phase flow of maximum MDR regime reduces below the value of polymer stress with a drag reduction of 68% and flow is dominated by elastic effects. Injection of bubbles in this MDR regime produces non-monotonic effect. A small concentration of contaminated bubbles increases Reynolds stress, turbulence production by mean flow and turbulent kinetic energy whereas a higher concentration of bubbles in the MDR regime reduces all these quantities. However, these effects remain restricted to core region of the channel and do not increase drag. It is found that turbulent kinetic energy spectrum shows a scaling of −2 in both of these multiphase HDR and MDR regimes and this scaling is not affected by a change in bubble concentration.
Investigation of passive flow control behind a circular cylinder with computational fluid dynamics
External flows acting on a blunt object cause eddies behind the object in the flow area, displaying irregular and time-varying flow behavior. Flow irregularities behind blunt objects such as circular cylinders occur in both laminar and turbulent flow situations. It is necessary to develop a control method to control and reduce the effects of these flow irregularities. The main purpose of the developed and used flow control is to reduce the effects of drag, lift, pressure and time-varying forces caused by the flow on the surfaces it comes into contact with, and to limit the negative conditions on the object. In this study, controlling the effects of two-dimensional time-dependent flow with airfoils placed symmetrically around the circular cylinder and limiting the force effects are examined. Analyzes were made using k-epsilon flow conditions. In CFD analysis, time dependent Reynolds mean Navier-Stokes equations (URANS) in laminar flow were solved and k-epsilon turbulence model was used as turbulence model. As a result of CFD analysis, time-averaged drag coefficient, lift coefficient and variations were obtained. In the analysis of the 2 models created, the Reynolds number was taken as 100 and kept constant throughout the study. As a result of the data obtained, the effects of the passive flow control method were observed. As a result of the study, the turbulent drag force obtained for the lean cylinder, which was 1,328, increased up to the value of 2,07 with the addition of the symmetrical wings in our study, but a significant decrease was obtained from the value of the turbulent lift force from 0,227. When the vorticity and velocity lines figures obtained after these examinations were examined, it was determined that the vortices occurring behind the cylinder were farther from the cylinder in systems where symmetrical blades were added.
Basamaklı dolusavaklarda farklı tip basamak tasarımlarının enerji sönümleme performansına etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Basamaklı dolusavaklar, boşaltım kanalı boyunca yerleştirilen basamaklar sayesinde suyun sahip olduğu enerjinin büyük bir kısmını sönümleyebilen yapılardır. Basamakların enerji sönümlemedeki etkisi sebebiyle uzun yıllardır kullanılan bu dolusavaklar, birçok akademik çalışmaya da konu olmuştur. Araştırmacılar, enerji sönümleme performansında daha iyi neticeler elde edebilmek amacıyla farklı basamak geometrileri önermeye devam etmektedirler. Bu çalışmada, HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) yöntemi ile çalışan OpenFOAM yazılımı kullanılarak, farklı tip basamak tasarımlarının basamaklı dolusavaklardaki enerji sönümleme performansına etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmanın doğrulaması, literatürde yer alan iki farklı açıya sahip klasik basamaklı dolusavak modellerine ait deneysel verilerle yapılmış, ardından üç farklı açı (8,9˚, 14,6˚, 26,6˚), altı farklı debide zigzag labirent geometriye sahip yeni basamak tipleri üzerinden sayısal modellerin analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda, debi arttıkça tüm modellerde enerji sönümleme oranının azaldığı, zigzag modellerde göz sayısı azaldıkça enerji sönümleme performansının arttığı ve düşük kanal açılarında genel olarak daha yüksek enerji sönümleme performansı elde edildiği gözlenmiştir. Özellikle 14,6° kanal açılı Model 7, maksimum debide %73,85 oranında enerji sönümleme ile öne çıkarken; 26,6° kanal açılı Model 1'in, klasik basamaklı dolusavak modeline göre %20 oranında daha iyi performans sergilediği tespit edilmiştir. 8,9° kanal açılı modellerde ise 26,6° Model 1 ile aynı basamak tipine sahip olan Model 11'in enerji sönümleme performansı açısından iyi sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Ayrıca hız profilleri incelendiğinde, önerilen modellerin dolusavak üzerinde akım hızını azaltmada oldukça etkili olduğu gözlenmiştir. Çalışma sonucunda; yeni geometrik tasarımların, basamaklı dolusavaklarda enerji sönümleme performansı açısından önemli faydalar sağlayabileceği düşünülmektedir.
Film soğutma uygulamalarında kardeş deliklerinin alan oranının sayısal olarak incelenmesi
Kardeş deliği uygulamalarında, alan oranının film soğutma etkinliği ve akış yapısı üzerindeki etkisi sayısal olarak çalışılmıştır. Ana deliğin her iki yanına, bir ana delik çapı yanal mesafede, iki adet ikincil soğutma deliği farklı alan oranlarını sağlayacak şekilde yerleştirilmiştir. Çalışma kapsamında düz plaka üzerinde dört farklı alan oranı (AO = 2-5), türbin kanadı üzerinde ise iki farklı alan oranı (AO = 2 ve 5) incelenmiştir. Karşılaştırma için tek delikli soğutma konfigürasyonu da çalışılmıştır. Literatürde yer alan bir çalışmayla doğrulama çalışması gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında, dört farklı üfleme oranı (Düz plaka: M=0,25, 0,5, 0,80, 1 ve Kanat: M=0,5, 0,75, 1 ve 1,5) incelenmiştir. Alınan sonuçlar soğutma verimi ve girdap yapısı üzerinden yorumlanmıştır. Kardeş delikleri üzerinde bulunan girdap ve anti-girdap etkileşimi incelenmiştir. Soğutulan yüzeye dik düzlemde, film yapısını incelemek amacıyla, sıcaklık konturlarıyla birlikte akış çizgileri (veya hız vektörleri) incelenmiştir. Alan oranı, girdap boyutlarını ve girdap vortisitelerini etkilemektedir. Bu nedenle, film yapısı ve soğutma verimini önemli derecede etki etmektedir. Kardeş deliklerinin pozitif etkisi düşük alan oranlarında daha yüksektir. AO=2'de soğutma verimi türbin kanadı üzerinde üfleme oranına bağlı olarak %57 artarken, AO=5 de %35 artmaktadır. Aynı zamanda alan oranları, girdap merkez pozisyonları, vortisiteleri ve büyüklükleri açısından önemli bir yer kaplamaktadır. Özellikle çalışma kapsamındaki farklı alan oranlarının yarattığı farklı girdap yapıları dikkat çekmektedir. Alan oranlarının değişimiyle, delikler arası mesafenin değişmesi delikler arası girdap etkileşimini etkilemektedir. Bu çalışma, alan oranının ve delikler arası mesafenin, soğutma verimini büyük ölçüde etkilediğini ve düşük alan oranlarının film soğutma için daha verimli olduğunu göstermektedir
Dönen patlamalı motorlarda enjeksiyon konfigürasyonun yanmaya olan etkisinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile incelenmesi
Basınç kazanımlı motorlar olarak da adlandırılan dönen patlama motorlarında, patlama dalgası oluşturularak ve yayınımı sağlanarak itki üretimi gerçekleştirilmektedir. Bu tez çalışmasında patlama dalgasının yapısı, yayınım fiziği, enjektör konfigürasyonlarının patlama dalgası yapısı ve yayınımı üzerine etkileri sayısal olarak incelenmiştir. Yoğunluğa dayalı çözücünün kullanıldığı sayısal çalışmalarda tek basamaklı ve detaylı hidrojen-hava kimyasal reaksiyon mekanizmaları ile reaksiyon hızları hesaplanmıştır. Doğrulama çalışmalarında kullanılan adaptif çözüm ağı tekniği ile sayısal çalışma gereksinimlerinin büyük oranda azaltılabildiği belirlenmiştir. Enjektör toplam basıncının ani değişimi sayısal çalışmalarında, iki kat artırılmış enjektör toplam basıncı ile patlama dalgası kararlılığı sağlanmıştır. Enjektör toplam basıncının üç ve dört kat artırıldığı çalışmalarda ise patlama dalgasının yeniden kararlı yapıya ulaşamadığı tespit edilmiştir. Kimyasal reaksiyon olmaksızın yürütülen sayısal çalışmalarda enjektör aralığının azalması ile patlama kanalında karışım verimliliğinin artış sağladığı belirlenmiştir. Tam ölçekli sayısal çalışmalar sonrası modellenen enjektör konfigürasyonları ile kararlı patlama dalgası yayınımı elde edilmiş ve dönen patlama motorunun çift patlama dalgası modunda itki üretimi gerçekleştirdiği tespit edilmiştir.
Development of an adaptive multigrid scheme for computational fluid dynamics
Lack of variety of adaptive multigrid schemes were spotted and motivated the thesis. Main objective was to develop a new adaptive multigrid scheme while keeping robustness and performance as possible. In order to justify a fair numerical experimentation setup, authentic code generation effort was given that implements basic finite volume methods, intergrid operations and iterative solvers. A fundamental reference case was selected in order to get proper validation which had analytical Laplace solution. Fixed and adaptive multigrid schemes and algorithms were also implemented. All methods were presented with both theory and practice in a harmonized manner. All procedures and algorithms were validated regarding the reference case. Reference work unit was defined and was suggested as a new non-dimensional unit of computational cost measurement. Results were compiled and presented in an increasingly complex order. Explorations varying grid resolutions, boundary conditions and fixed multigrid schemes revealed key factors regarding reference case and multigrid methods. Exploration of adaptive multigrid schemes revealed key aspects regarding cost and performance while enabling selection of best parameter sets for the reference case. Explorations established the basis of comparison metrics. Innovative aspect of the thesis was carried out by developing a new and an alternative adaptive multigrid scheme. Comparative performances of multigrid schemes revealed that newly developed adaptive multigrid scheme is robust and is performing as well as the other ones. The new adaptive multigrid scheme was called PID driven and was shown to have 18% lower cost compared to flexible scheme while preserving performance with same effectivity.