Sayısal akışkanlar dinamiği
Bu konu başlığı altında 65 tez
İç soğutma kanallarında türbülatör kullanımının incelenmesi ve rans temelli türbülans modelleriyle benzetimi
Türbülatörler, gaz türbinli motorlarda ısı transferini arttırmak için türbin kanadının iç soğutma kanallarında kullanılan girdap oluşturucu mekanizmalardır. Bu çalışmada öncelikle gaz türbinli motorlarda genel soğutma konusu işlenmiş, sonra spesifik olarak türbin kanat soğutma kanallarında türbülatör kullanımı detaylı bir şekilde incelenmiştir. Daha sonra türbülans modellemede kullanılan sayısal yöntemler ve RANS temelli türbülans modelleri incelenmiştir. Son olarak, trapezoid soğutma kanalları modellenmiş, modellere ağ atılmış ve modellerin ANSYS Fluent ile sayısal benzetimi yapılmıştır. Modellenen iki geçişli trapezoid kanalın alt ve üst yüzeylerine kare kesitli ribler yerleştirilmiştir. Rib adımının rib boyuna oranı (P/e) 12 olarak seçilmiş; blokaj oranları(e/Dh) dar kanal, geniş kanal ve dönme bölgesi için sırasıyla 0.078, 0.066 ve 0.07 olarak alınmıştır. Ribler kanala önce ana akışa ortogonal(90o), sonra transvers(60o) ve V-şeklinde olacak şekilde yerleştirilerek; rib yerleşimlerinin üç değişik Reynolds sayılarında(16.800, 31.800 ve 57.200) ısı transfer artışı, sürtünme kaybı ve termal performans bakımından karşılaştırması yapılmıştır. Ayrıca iki geçişli kanalda 180o dönme bölgesindeki akış ve ısı transfer karakteristikleri incelenmiş ve kanallar eş genişlikte olmadığından bir nevi daralan-genişleyen türbülatörlü kanal akışı da incelenmiştir. Sayısal çözüm aracı olarak 4 çeşit RANS temelli türbülans modelleri (RKE modeli, SST k-ω modeli, V2f modeli ve Reynolds gerilmeleri modeli) kullanılmıştır. Kanal konfigürasyonları için ikincil akışların, hız vektörlerinin, türbülans şiddetlerinin ve yerel Nusselt sayısı dağılımlarının gösterimi yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar deneysel verilerle karşılaştırılarak çalışılan türbülans modellerinin deneysel çalışmayla doğruluk ve yakınsama bakımından paralel sonuçlar verip vermediği tespit edilmiştir.
Gizli ısı depolama sistemlerinde erime ve katılaşma proseslerinin farklı geometrilerde incelenmesi
İspanya'da 2011'den ve Arizona'da 2013'ten beri kurulan güneş enerjisi santrallerinde eriyik tuzlu ısıl enerji depolama sistemleri vardır. Eriyik tuzda depolanan enerji, ısı eşanjörleri vasıtasıyla suya aktarılmakta ve buhar türbinlerinin ihtiyaç duyduğu buhar üretilmektedir. Bu sistem sayesinde santraller hava karardığında bile elektrik enerjisi üretebilmektedir. Isıl boşaltım denilen bu süreçte her faz değiştiren malzeme gibi eriyik tuz katılaşmakta böylece doğal taşınım yerine sadece ısı iletimi ön plana çıkmaktadır. Faz değiştiren malzemelerin (FDM) katılaşması üzerine yapılan deneysel çalışmalar gövde tek borulu gizli ısı depolama ünitesinde çoğunlukla parafin gibi erime noktası 80ºC'nin altındaki malzemeler üzerinde yoğunlaşmaktadır. Bu çalışmada, altı farklı üç boyutlu geometriye sahip gizli ısı termal enerji depolama sistemindeki (GITED) solar tuzun FDM olarak performansı, ANSYS FLUENT kullanılarak test edilmiştir. Birinci örnek, gövde tek borulu GITED'in (eş eksenli iki borulu) performansı için test edilmiştir. İkinci örnekte gövde iki borulu GITED'in performansı test edilmiştir. Üçüncü örnekte üçgen gövde üç borulu GITED eğimli yüzeylerin etkisini araştırmak amacıyla analiz edilmiştir. Dördüncü örnek olarak, ikizkenar yamuk(trapez) gövdenin altı borulu durumu performans bakımından test edilmiştir. Daha sonra, aynı sayıdaki boruya sahip trapez ters çevrilip test edilmiştir. Altıncı örnek olarak da solar tuzla dolu eşkenar altıgen gövdenin yedi boruludaki performansı test edilmiştir. Yedinci örnekte, parafinle dolu kanatçıklı iki boyutlu tripleks GITED'deki erime incelenmiştir. Son olarak ilk altı örnekteki üç boyutlu GITED'lere solar tuz yerine Hitec tuzu kullanılmış ve bu iki FDM arasındaki performans farkı çıkış suyu sıcaklığına ve FDM'nin sıvı-kütle kesrine göre incelenmiştir
Pulverize kömür yakma kazanında sıcaklık dağılımı üzerine had çözümlemeleri
Türkiye'de termik santrallerde buhar üreten pülverize kömür kazanları yurtdışı firmaları tarafından kurulmaktadır. Türk linyitlerinin özeliklerinin farklı olması nedeniyle uygun olmayan tasarımlar, kazanlarda yapılan revizyonlar ve işletme şartlarının değişmesi gibi birçok neden bu kazanlarda verim, kapasite bakımından istenilen şartlarda enerji üretilmesinde sorunlar oluşturmaktadır. Tunçbilek Termik Santralinde (TTS) 4. ve 5. ünitelerinin kazanlarında alevin yanma odasında istenilen bölgede oluşmaması kazanda verim kayıplarına neden olmaktadır. İthal menşeli bu kazanlar benzer sorunlar nedeniyle geometrisinde revizyonlar yapılmış fakat sorunlar tam olarak çözülememiştir. Bu nedenle söz konusu problemlerin teşhis edilmesi ve öngörüde bulunarak, kazan davranışının belirlenmesini hedefleyen çalışmalara ihtiyaç duyulduğu görülmektedir. Bu amaçla; Tunçbilek Termik Santrali'nde pülverize kömür yakma sistemine sahip bu kazanlardan biri baz alınarak gerçek geometri ve çalışma şartlarında sayısal modelleme çalışmaları ANSYS-FLUENT 15.0 programı kullanılarak yapılmıştır. Kazanın gerçek geometri ve çalışma şartlarında yapılan modelleme çalışmasında; kazanın farklı yüksekliklerinden ölçülen sıcaklık değerleri ile sayısal modelleme sonuçlarının genel olarak % 10 luk bir yaklaşımda olması ve aynı karakteristik özellikleri vermesi nedeniyle sayısal modelin doğrulamasının sağlandığını göstermiştir. Doğrulanmış bu sayısal modelleme çalışmasında bazı bulguların alev oluşumu ve boru yırtılmaları üzerinde etkisi olabileceği yönünde tespitler yapılmıştır. Kazanın enine kesitlerindeki hız dağılımları incelendiğinde köşe brülörlerden çıkan hava ve yakıtın tam olarak merkeze yönlenemediği ve kazan duvarlarına yönlenen kömür partiküllerinin ekran borularına çarparak boru et kalınlıklarının azalmasına neden olabileceği tespit edilmiştir. Kazanın boyuna kesitindeki hız dağılımına bakıldığında; hooper bölgesinde oluşan girdapların bu bölgedeki boruların aşınmasına ve cüruflaşmaya neden olabileceği ve oluşan cüruflaşmanın kazan içindeki akışı etkileyerek alevin kaymasına neden olabileceği değerlendirilmiştir. Kazanda alev oluşum yeri ve boru yırtılmaları üzerinde kazanın işletme şartlarından (kömür hava debisi, partikül çapı vs) daha çok kazanın yapısal faktörlerinin etkili olduğu görülmüştür. TTS kazanında mevcut kazan geometrisinin optimum bir şekilde tasarlanamadığı görülmektedir. Proje süresince söz konusu problemlerin çözümüne yönelik kazan ana boyutları değiştirilmeden bazı küçük ekonomik tasarımlar yapılmış ve kazan içi akışta iyileşmeler görülmüştür. Fakat yine de Tunçbilek Termik Santrali kazanında kömür-kazan uyumunun optimum sağlanması amacıyla kazanın ana boyutlarında radikal değişiklikler yapılması gerektiği sonucuna varılmıştır.
3 tepsili endüstriyel gıda fırınının pişirme hacmi içindeki momentum ve ısıl mekanizmalarının farklı çalışma şartlarında nümerik incelenmesi
Bu çalışmanın amacı öncelikli olarak 3 tepsili endüstriyel gıda fırınında pişirme verimi artırmak üzere kullanılan fan ve ısıtıcıların pişirme üzerindeki etkisini nümerik incelemektir. Çalışma bilgisayar ortamında parametrik olarak iki farklı ısıtıcı ve iki farklı fan eğrisine sahip fan ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmada kullanılan ısıtıcılar 1 ve 1,5 kw değerindedir. Fanlar ise aynı basınç farkı durumunda farklı debilerde akış sağlamaktadır. Fanların üfleme ağızları fırının arka tarafına üst üste paralel şekilde konumlandırılmıştır. Arkadan üflenen havanın fırının ön camına çarptıktan sonra tepsi rafları ile fırın kabini arasında bulunan boşluktan emişi gerçekleştirilerek hava çevrimi sağlanmaktadır. Yukarıda belirtilen parametreler dışında fırının pişirme veriminin artırılması amacı ile fanların üfleme ağızlarının olduğu fırının arka yüzeyinde hareketli dikey kanatlar konumlandırılmıştır. Bu kanatlar pişirme sırasında belirli bir açıda hareket ederek fırın içindeki havanın nispeten daha soğuk olan bölgelerine ulaştırılması amaçlanmıştır. Çalışmada dikkate alınan diğer konu ise bu kanat hareketinin pişirmeye olan etkisidir. Bahsedilen unsurların etkisi ise tepsi yüzey sıcaklıklarının tespiti ile değerlendirilmektedir. Kanat açısının tepsi sıcaklığına olan etkisi bazı senaryolarda seçilen bölgelerde 5°C'ye kadar olumlu katkı sağlarken, bazı senaryolarda seçilen bölgelerde 5°C'ye kadar düşme gözlemlenmiştir. Bunun haricinde ısıtıcı ve fan kombinasyonlarının verime olan etkisinin olumlu olabilmesi için uyum halinde olması gerektiği görülmüştür. Düşük debili fan ve düşük kapasiteli ısıtıcı olan fırındaki en yüksek ve en düşük sıcaklık farkı 5,40°C derece iken fan debisinin yükseltilmesi bu farkı 3,61°C indirmektedir fakat ısıtıcı kapasitesinin yükseltilmesi ise sıcaklık farkını 5,91°C' ye kadar yükseltmektedir.
Klimatik kontrollü treyler içerisindeki hava akışının optimizasyonu
Klimatik kontrollü treyler dondurulmuş ürünlerin taşınmasında sıklıkla kullanılan kara yolu taşıtlarıdır. Genel itibariyle klimatik kontrollü bir treyler taşıyıcı şasi, izolasyonlu kabin ve soğutucu üniteden oluşur. Ürünlerin taşınması sırasında kabin içerisinde yetersiz veya aşırı dereceli bir soğutma yapılması durumunda taşınan ürünlerin kaliteleri ciddi oranda etkilenmektedir. Soğutma performansını etkileyen en önemli faktörler ise hava kanalları ve yükleme koşullarıdır. Bu çalışma kapsamında, treyler içerisindeki hava akışını iyileştirmek amacıyla iki farklı hava kanalı tasarımı yapılmış ve hava kanallarının içi boş kabindeki soğutma performansları hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra kabin içerisine belirli bir seviyeye kadar yük doldurulmuş ve hava kanalının içi dolu kabindeki performansı standart araç ile karşılaştırılmıştır. Yapılan hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi sonuçlarının karşılaştırılması amacıyla gerçek araç testleri yapılmıştır. Test ve analizler kabin içi sıcaklık +30°C'den -20°C'ye inene kadar devam ettirilmiş ve geçen süreler karşılaştırılmıştır. Çalışma sonunda hava kanallarının kabin içi sıcaklığın homojen şekilde dağılmasına fayda sağladığı ve ortalama sıcaklığın -20 °C'ye düşme süresini ciddi oranda iyileştirdiği görülmüştür.
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.
HEC-RAS kullanarak köprü iskelesi çevresini oyma simülasyonu
Bridges are crucial components of our transportation system and pricey highway hydraulic structures. One of the risky issues in river engineering is erosion induced by the flow around the piers of these structures in alluvial streams, and the scour around bridge piers is one of the circumstances that has drawn a lot of attention. Numerous bridge collapses have happened as a result of the weakening of their foundations. In this study, we used the (HEC-RAS) program in order to simulate previous practical experiments and demonstrate the possibility of using the program to learn about scouring around bridge piers, and compared the results of the program (HEC-RAS) with the results of scouring for practical experiments. The greatest value of scouring for the (HEC-RAS) programmed was (50) mm at a diameter of (50) mm and a discharge of (40) l/sec, while the lowest value was (30) mm at a diameter of (25) mm and a discharge of (20) l/sec, and the percentage of increase being in scoring (40%). The maximum values for scouring and the lowest values were at the same diameters and discharge for simulation (63 - 25) mm, respectively, in the real experiments for which the simulated process was run on the programmed. In addition, at the pavement with a diameter of (25) mm, the increase in discharge from (20 to 40) liters / second led to the stability of scouring (30) mm, and the scouring depth increased from (40 to 50) mm at the pier with a diameter of (50). mm, that is, the percentage of increase was equal to (20%), we conclude that the increase in the diameter of the pier and the increase in flow leads to an increase in the depth of scouring.
Güneş enerjili sıcak su depolama tanklarında kullanılan faz değiştiren maddelerin ısıl enerji depolama performansına etkileri
Isıl enerji depolama, yenilenebilir enerji kaynaklarının daha verimli kullanılmasını sağlayan bir enerji depolama yöntemidir. Güneş enerjili sıcak su sistemlerinde ısıl enerji genel olarak sıcak su tankında duyulur ısı ve gizli ısı olarak depolanır. Sıcak su depolama tankına faz değiştiren maddeler (FDM) eklenerek faz değişimi sırasındaki gizli ısının katkısı ile depolanan enerji miktarının artırılması ve sistem veriminin iyileştirilmesine yönelik araştırmalar önemli bir çalışma alanı oluşturmaktadır. Bu çalışmada, güneş enerjili sıcak su sistemlerinde yaygın olarak kullanılan, ısı değiştiricisi şeklindeki mantolu dik sıcak su depolama tankına faz değiştiren maddeler eklenmesinin etkileri sistematik olarak analiz edilmiştir. Analizler, hesaplamalı akışkanlar dinamiğine dayalı üç boyutlu sayısal modeller kurularak gerçekleştirilmiştir. Sistemi oluşturan her bir bileşen tek tek ele alınarak modellenmiş ve çeşitli parametrelerin etkileri araştırılmıştır. Öncelikle içerisine FDM eklenecek olan boş tank için oluşturulan sayısal model, yapılan deneysel çalışma ile doğrulanmış ve sistem çeşitli şarj-deşarj koşullarında incelenmiştir. Daha sonra faz değiştirme mekanizmasını daha iyi anlamak amacı ile FDM'nin dikey silindirik bir tüp içerisinde erime ve katılaşma sürecini simüle eden sayısal modeller kurulmuş, kurulan modeller literatürdeki deneysel çalışmalar ile doğrulanmış ve faz değişimine etki eden çeşitli parametrelerin etkileri analiz edilmiştir. Son olarak içerisine FDM eklenmiş olan tank için sayısal bir model oluşturulmuş, oluşturulan model yapılan deneysel çalışma ile doğrulanmış ve parametrik analizler gerçekleştirilerek FDM'nin etkileri FDM bulunmayan tank ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Göz önüne alınan sistemde tank içerisine FDM eklenmesinin, sisteme olumlu yönde etki ettiği, FDM eklenen tankın, FDM bulunmayan tanka göre aynı şartlar altında %7.9 daha fazla sıcak su sağladığı tespit edilmiştir.
Dam modeling and simulation of flow through bottom outlets
The main objective of this study is to create computational model for the large scale repulse dam called Badush dam by using three advanced techniques; computational fluid dynamics, geographical information systems, and computer-aided design. These techniques can manage to integrate and interact in order to enable engineers and researchers to evaluate flow characteristics accurately and make some technical decisions related to modification in design and improvement in performance. The quality of the digital terrain model and stereo-lithographic data has a significant role in the accuracy of the created computational model and its performance. In this study, digital elevation model with 11 m resolution for hydraulic calculations and 30m resolution for hydrologic calculations were used. Besides, the use of accurate stereo-lithographic with zero bad edges has made a development in representing the geometric shape of the large scale dam. In this study, design flood level and normal water level at the upstream of the concrete dam structure were modified, which they already calculated through the physical model as well. Also, comparison between computational model and physical model through the measurements of flow characteristics are performed. The results show that the obtained measurements are close to each other in both cases. This proves the validation and efficiency of the designed computational model for assessing physical model and performing additional related studies. In accordance with this study, geomorphologic analysis and flood plain analysis based on the digital terrain model are performed effectively and accurately.
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.
İç ve dış akış etkisinde deniz deşarj sistemlerinin tasarımı
Günümüzde çevre ve insan sağlığına verilen önemin artmasıyla beraber kentsel ve endüstriyel sıvı atıklarının bertarafı da önem kazanmıştır. Ön arıtma sonrası sistemlerinin maliyetinin yüksek olması atık suların ön arıtmadan sonra denize deşarjını gündeme getirmiştir. Günümüzde de yaygın kullanım alanı bulan yöntem; atık suların deniz deşarjı sistemleri ile alıcı ortamda seyreltilmek suretiyle sahilden belirli uzaklık ve derinlikteki bir noktadan deniz ortamına verilmesi ilkesine dayanır. Bu çalışma kapsamında uygulamada kullanılan bir deşarj sistemini oluşturan difüzör ana borusu, çıkış boruları, çıkış ağızları, iç ve dış ortamı ABAQUS Sonlu Elemanlar Programı ile modellenmiştir. Sonlu Elemanlar Metodu ile yapılan bu çözümleme bütünleşik analiz olarak isimlendirilmiştir. Sistemin son iki açıklığı (20 m) ve bu açıklık üzerinde bulunan dört adet çıkış incelenmiştir. Difüzör çıkış borularının ve çıkış ağızlarının çap ve geometrisi aynı kalmak koşulu ile difüzör borusu üç farklı şekilde modellenmiştir. Bunlar; sabit, kademeli daralan ve tedrici daralan kesitli modellerdir. Sabit kesitli modelde iki açıklıklı difüzör ana borusu çapı 0,50 m, kademeli daralan kesitli modelde birinci açıklıkta ana boru çapı 0,50 m, ikinci açıklıkta 0,40 m, tedrici daralan kesitli modelde ise birinci açıklık başlangıç çapı 0,50 m ikinci açıklık bitiş çapı ise 0,40 m'dir. Tüm modellerde çıkış borularının ve çıkış ağızlarının çapları sabit ve 0,13 m'dir. Çıkış ağızları daireseldir (çan ağızlı). Modellerin et kalınlıkları sabit ve 0,01 m'dir. Belirlenen geometrik özelliklerin difüzör akım şartlarını sağladığı yazılan DIFDES kodu ile tahkik edilmiştir. Dış akışı modellemek için 20 m yüksekliğinde 25 m boyunda 1,50 m genişliğinde bir dikdörtgen prizma geometrisi oluşturulmuştur. Dış akış modellemesinde literatürde rastlanan durgun ortam kabulünün yanında dalgalı ortama görede çözümleme yapılmıştır. Dış ortamın durgun ya da dalgalı olmasına göre difüzör çıkış hızlarındaki değişim ve dış akışın iç akışa etkisi incelenmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Dalgalı dış ortam modellemesinde Lineer Dalga Teorisi kullanılmıştır. Akışkan-yapı etkileşim problemlerinin çözümünde akışkanın boru üzerinde birtakım etkilere sahip olmasına karşın borunun da akışkan üzerinde etkileri söz konusu olmaktadır. Akışkan-yapı etkileşiminin bir arada çözümlenmesi gerekmektedir. Akışkan problemi bir ortamda, boru problemi ise bir başka ortamda çözümlenebilir. Ancak yapısal sistemin davranışı ile akışkan hareketi bir ararda değerlendirilmemiş olacaktır. Akışkan iç basınç değişiklikleri karşısında borunun rijitliği birbirlerini etkileyemeyecektir. Tez çalışmasında ayrık ve bütünleşik analiz olarak adlandırılan iki yol izlenerek analizler tamamlanmıştır. Ayrık analizde; akışkanın boru rijitliğini etkilemediği, akışkan kuvvetlerinin yazılan bilgisayar kodu (HYDRODIF) ile hesaplanması ve dışarıdan Sonlu Elemanlar Programına (SAP 2000) aktarılması yolu izlenmiştir. Ayrık analizde; difüzör borusu çıkış hızları ve akışkan iç-dış basınçları HYDRODIF kodu ile difüzör deplasmanları ve Von Mises gerilmeleri ise SAP 2000 programı ile elde edilmiştir. Bütünleşik analizde ise akışkan ve difüzör ABAQUS Sonlu Elemanlar Programı ile tek bir ara yüzde modellenmiş, akışkan yapı etkileşimi sağlanmış ve ayrık analizde farklı analizlerden elde edilen çıktılar aynı analizden elde edilmiştir. Gerek ayrık gerekse bütünleşik analizden elde edilen sonuçların uyumları tespit edilerek önerilerde bulunulmuştur. Anahtar Kelimeler: ABAQUS (Sonlu Elemanlar Metodu), akışkan-yapı etkileşimi, deniz deşarj difüzörleri, dış akış, iç akış.
Canlılardan esinlenerek kara taşıtlarının aerodinamik tasarımlarının iyileştirilmesi
Bu çalışmada, birçok otobüs modelinin akış analizi, sürüklenme kuvveti ve sürüklenme katsayıları araştırılmıştır. Sürüklenme kuvvetinin azalması yakıt tasarrufuna yol açmaktadır. Otobüsün dış gövde tasarımı etkin bir akım çizgisi oluşturma ve sürüklenmeyi azaltma için çok önemlidir. Verilen bir sabit iç hacim için, amaç en iyi şekilleri araştırmak olacaktır. Bu şekillerin oluşturulması için tabiattan ilham alınmıştır. Yüksek verimde hidrodinamik gövdeye sahip olmasından dolayı Beluga balinası ve İspermeçet Balinası (Sperm balinası) örnek olarak alınmış ve benzer gövdeler otobüsler için tasarlanmıştır. Gövde öncelikle UNIGRAPHICS programında çizilmiştir. Çizimler ağ yapısı oluşturmak için ANSYS HAD programına yerleştirilmiştir. Değişik tasarımlara ait sürüklenme kuvveti ve sürüklenme katsayıları Fluent ve CFX programlarıyla belirlenmiştir. Ardından rüzgar tünelinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Deney verileriyle analiz verileri kıyaslanmıştır. Balinalardan ilhamla yapılan bu yeni geometriler için sürüklenme katsayılarında büyük düşüşler mümkün hale gelmiştir.
Ground effect on flow behavior and aerodynamic characteristics of a slender delta wing
In this study, the contribution of ground effect to the development of vortical flow over a slender wing with a sweep angle of Λ = 70° was investigated using Computational Fluid Dynamics (CFD) methods. The influence of ground proximity on the flow characteristics and aerodynamic performance of a slender delta wing was examined in detail. To elucidate the flow structure more comprehensively, quantitative results were presented for angles of attack (α) of 0°, 15°, 25°, 35°, and 45°. The distance between the delta wing and the ground surface, denoted as h, was non-dimensionalized by the wing chord length c, and h/c ratios of 0.1, 0.25, 0.55, and 1.5 were selected for comparison, including a reference case without ground effect (GFE). The Reynolds number used in the CFD analysis was fixed at Re = 2.81 × 10⁵. The results indicate that as the delta wing transitions from the free-stream region to the near-wall boundary layer region, particularly at h/c = 0.1, the intensity of the vortices over the wing surface gradually diminishes. Furthermore, it was observed that aerodynamic efficiency improves as the wing approaches the ground, a phenomenon attributed to the formation of a dynamic air cushion effect.
Ricardo araştırma motorunda silindir içi akış ve yanmanın Star-Cd/es-ICE yazılımı ile sayısal simülasyonu
Bu çalışmada, Ricardo E6 tipi araştırma motoru silindirinde gerçekleşen akış ve yanma olayı STAR-CD/es-ice yazılımıyla analiz edilmiştir. Öncelikli olarak detaylı bir literatür ve teori araştırması yapılmış ve kullanılacak sayısal yöntemler belirlenmiştir. Bu çalışmanın ardından, Ricardo motorunun sadece emme valfini içeren bir modelinde, emme stroğu boyunca gerçekleşen silindir içi döngüsel hareketler olan swirl (silindir ekseni etrafında oluşan dönme hareketi) ve tumble (silindir eksenine dik bir eksende gerçekleşen dönme hareketi) için simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Yine ön çalışmalar kapsamında, Ricardo E6 motorunun valf yapısının simetrik olduğu basit bir modelde hareketli sayısal ağ oluşturma çalışmaları, valf hareket diyagramlarının çıkartılması, soğuk akış ve yanma modellemesi çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmalar sırasında, CFM ve G-Equation yanma modellerinin denemesi yapılmıştır. CFM yanma modelinin oldukça yüksek basınç ve sıcaklıklar verdiği ve yanma süresinin çok kısa olduğu görülmüştür. Gerçek modele geçildiğinde, ilk olarak soğuk akış çalışması yapılmıştır. Bu analizlerin sonucu hem teorik hesaplamalarla hem de Ricardo motoruna ait deneysel basınç verileriyle uyumlu çıkmıştır. Yanma analizlerinde ise G-Equation ve ECFM-3Z modelleriyle stokiyometrik yakıt-hava karışımlı yanma analizleri yapılmıştır. Bu analizlerle ECFM-3Z modelinin daha yüksek basınç ve sıcaklıklar verdiği görülmüştür. Yakıt-hava oranının motor çalışma rejimine getirilmesiyle birlikte ECFM-3Z modeli esas yanma modeli olarak belirlenmiştir. Bu model ile sıkıştırma oranı 8.0 ve 1200 dev/dak motor hızı için ?=1.29 fakir karışımda farklı ateşleme avansları için analizler yapılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde, ateşleme avansının artışı silindir içi basınç ve sıcaklıklarda artışlara neden olmuştur. Tüm bu analizlerin sonuçları Ricardo motoruna ait deneysel verilerle de uyumlu çıkmıştır.Anahtar Kelimeler : Ricardo E6 Motoru, STAR-CD/es-ice, HAD, Silindir İçi Yanma ve Akış
Francis tipi türbin tasarımı ve yönlendirme kanat açısının türbin tasarım parametrelerine etkisinin sayısal analizi
Hidroelektrik santrallerde enerjinin etkin dönüşümünü sağlayan türbinler karmaşık yapıları ve tasarımları bakımından önem taşıyan bileşenlerden biridir. Bu çalışmada hidroelektrik santraller için düşü ve güç gibi temel parametreleri belirli olan bir Francis tipi türbin ve çıkış borusu için akış analizleri hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) hesapları yapılmıştır. Çalışmanın temel amacı türbinden maksimum gücü elde edebilmek için optimum yönlendirme kanat açısının ve rotor kanat sayısının tespitidir. Yapılan analizde türbin rotor kanat sayısı 17 (Model-1) ve 20 (Model-2) alınarak yönlendirme kanat açısının (12o-48o) değişiminin türbin karakteristikleri (hız, basınç, tork, verim ve güç gibi) üzerindeki etkileri incelenmiştir. Maksimum güce ulaşırken rotor kanatlarında oluşan eşdeğer gerilmelerin malzeme dayanımı üzerindeki etkileri de irdelenmiştir.
Bir gaz soğutmalı yüksek sıcaklık reaktörünün sayısal termal-hidrolik analizi
Bu çalışmada; Modüler Helyum Reaktörü'nün (MHR) normal çalışma durumunda yakıt sıcaklığını kabul edilebilir seviyenin altında tutarken, çıkış sıcaklığını 850°C üzerine çıkartmak için alternatif çalışma koşulları incelenmiştir. Parametrik ısıl akış simülasyonları Sayısal Akışkanlar Dinamiği yazılımı ANSYS CFD FLUENT kullanılarak yapılmıştır. Simüle edilen geometri Birim Hücre Modeli ve Eşdeğer Silindir Modeli olarak seçilmiştir. Eşdeğer Silindir Model ile simülasyonda korun içindeki komplex yapıyı modellemek için gözenekli ortam yaklaşımı kullanılmıştır. Çalışmaya şu anki 600 MWt GT-MHR (Gaz Türbinli Modüler Helyum Reaktörü) `nin analizi ile başlanmıştır. Nümerik model diğer çalışmalarla doğrulanmıştır. Daha sonra alternatif çalışma koşulları simüle edilmiştir. Sonuç olarak yakıt sıcaklığı kabul edilebilir seviyenin altındayken bazı çalışma koşulları için çıkış sıcaklığı ~1000 °C civarında olduğu görülmektedir.Anahtar Kelimeler :Modüler Helyum Reaktör, Sayısal Akışkanlar Dinamiği, Enerji, Nükleer Güç
HCCI (homojen şarjlı sıkıştırma ile ateşlemeli) bir motorda yanma analizi
İçten Yanmalı Motorlarda tasarım ve ürün geliştirmek amacı ile yapılan deneysel çalışmalar hem çok yüksek maliyetlere ulaşmakta, hem de çok zaman almaktadır. Bu çalışmada içten yanmalı motorların modellenmesinde kullanılan açık kaynak kodlu, çok boyutlu sayısal modelleme araçları açıklanmıştır. Farklı programlama dillerinde yazılmış, farklı sayısal modeller/yaklaşımlar içeren KIVA4 ve OpenFOAM kod sistemleri karşılaştırılmıştır.Caterpillar marka 3401E motor için ilk olarak çok boyutlu model kullanılmıştır. CFD koduyla elde edilen verilerin başlangıç değer olarak kullanıldığı tek bölgeli sayısal modelde yanma sürecinin modellemesi 29 bileşen ve 52 reaksiyon içeren n-heptan (RON0) mekanizmasının kullanılmasıyla gerçekleştirilmiştir. Yanma aşamaları incelendikten sonra farklı eşdeğerlilik oranlarındaki (0,01-0,5) çalışma sonucunda silindir içi sıcaklık ve emisyon değerine göre 0,3 eşdeğerlilik oranı optimum değer olarak tespit edilmiştir. 0,3 eşdeğerlilik oranında farklı EGR oranlarının (%0-%35) yanma sürecine etkisi incelenmiştir. EGR oranındaki artışa bağlı olarak yanma reaksiyonlarının süresinin uzadığı, silindir içi basınç ve sıcaklık değerlerinin azaldığı tespit edilmiş dolayısıyla sıcaklığa bağlı NOx emisyonlarının azaltılmasında olumlu bir etki elde edileceği sonucuna varılmıştır.RON0, RON20, RON40 ve RON60 yakıtlarıyla elde edilmiş olan modelleme ve deneysel verilerle karşılaştırma yapılmıştır. Deneyler, 2200 1/min motor hızında, beş farklı yükte (4, 8, 12, 16 ve 20 Nm) yapılmıştır. Ana referans yakıtlarının (PRF) yanma sürecinin modellenmesi için 6 farklı reaksiyon mekanizması kullanılmıştır. Motor modelleme yöntemlerinden tek bölgeli ve CFD modelleri kullanılmıştır. Tek bölgeli modelleme aracı olarak Chemkin yazılımı, 3 boyutlu geometrinin kullanıldığı CFD modelleme aracı olarak OpenFOAM kodları kullanılmıştır. Ayrıca farklı çalışma parametrelerinin homojen şarjlı sıkıştırma ile ateşlemeli (HCCI) bir motordaki yanma sürecine etkileri nümerik modeller yardımıyla incelenmiştir.
Serbest düşülü savakların mansabında oluşan yerel oyulmanın sayısal analizi
Bir yapının ekonomik veya ergonomik olması bir yana, inşaat mühendislerinin üzerinde durduğu en önemli konu yapı güvenliğidir. Su mühendisliğinde kullanılan savaklar da suyun membadan mansaba akışını güvenle sağlayan önemli hidrolik yapılardandır. Serbest düşülü olarak tasarlanabilen bu yapılardan savaklanan serbest jetin mansap havuzuna çarpması sonucu oluşan yerel oyulmalar, yapı güvenliğini olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Bu sebeple mansap havuzunda oluşabilecek yerel oyulmaların en aza indirilmesi, yapının güvenliği açısından olmazsa olmazlardandır. Bu çalışmada; serbest düşülü dikdörtgen, üçgen, trapez ve labirent savaklar kullanılarak mansap havuzunda oluşması muhtemel yerel oyulma derinlikleri Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemi ile sayısal olarak incelenmiş, elde edilen sonuçlar Fırat Üniversitesi Hidrolik Laboratuvarı'nda yürütülen deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmanın sayısal modellemesinde özellikle açık kanal akımı, sediment taşınımı, oyulma gibi problemlerin çözümünde başarılı bir yazılım olan Flow3D kullanılmıştır. Türbülans modeli olarak literatürde sıkça kullanılan k-ɛ türbülans modeli kullanılmıştır. Çalışma kapsamında kullanılan klasik dikdörtgen savaklar için üç farklı debi (15, 20, 30 L/s), üç farklı düşü yüksekliği (0.25, 0.50, 1.00 m) ve iki farklı kuyruksuyu derinliği (0.25 ve 0.50 m) kullanılarak toplamda 13 adet analiz yürütülmüştür. Bu çalışmaların 9 tanesi 0.25 m kuyruksuyu için yürütülürken, çeşitlilik olması sebebiyle, 4 tanesi de 0.50 m kuyruksuyu kullanılarak yürütülmüştür. Klasik üçgen savaklar, 90º tepe açısı ile tasarlanarak iki farklı debi (15, 30 L/s), iki farklı düşü yüksekliği (0.50 ve 1.00 m) ve iki farklı kuyruksuyu (0.25 ve 0.50 m) kullanılarak toplamda 8 adet analiz yürütülmüştür. Klasik trapez savaklar için iki farklı debi (15 ve 30 L/s), iki farklı düşü yüksekliği (0.50, 1.00 m) ve iki farklı kuyruksuyu (0.25 ve 0.50 m) kullanılarak toplamda 7 adet analiz yürütülmüştür. Labirent savaklar, iki farklı yan duvar açısı (=22 ve 30º) kullanılarak çift gözlü trapez olarak tasarlanmıştır. Labirent trapez savaklar için iki farklı debi (10, 30 L/s), iki faklı düşü yüksekliği (0.25 ve 0.50 m) ve iki farklı kuyruksuyu derinliği (0.25 ve 0.50 m) kullanılarak toplamda 7 adet analiz yürütülmüştür. Farklı savak çeşitleri kullanılarak yürütülen HAD analizlerinin sonuçları irdelenmiş, analiz sonuçları deneysel sonuçlar ile kıyaslanmış, yürütülen analiz sonuçlarına ait grafikler, tablolar, simülasyon çıktıları üzerinden yorumlamalar yapılmıştır. Bunlara ek olarak, farklı savak çeşitleri kullanılarak yürütülen analiz sonuçları birbiri ile kıyaslanarak literatüre katkı sağlanması amaçlanmıştır. Bu çalışma kapsamında yürütülen 35 analizden elde edilen sonuçların deneysel sonuçlar ile kıyaslanmasında; bağıl hata oranının %20'nin altında olduğu, birçok kabulün yapıldığı sediment problemlerinde bu değerin kabul edilebilir olduğu, labirent savakların mansabında oluşan maksimum oyulma değerinin klasik savaklardan daha düşük olduğu, ancak maksimum oyulmanın olduğu noktanın hidrolik yapıya olan yatay mesafesinin labirent savaklarda daha kısa olduğu sonucuna varılmıştır.
Bir mikro hidro türbinin tasarımı analizi ve deneysel incelenmesi
Gittikçe artan enerji ihtiyacını karşılamak üzere yerel olarak kullanılabilecek bir çözüm düşüsü az debisi nispeten düşük olan akarsular üzerine kurulacak mini/mikro düzeydeki hidrolik türbinlerdir. Bu çalışmada 10kW'lik boru tipi sabit kanatlı bir hidrolik türbin tasarımı yapılmış, yapılan tasarımın Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği teknikleri ile performans analizleri yapılmış ve optimizasyonlar ile güç üretimi arttırılmış, Sonlu Elemanlar Yönetmi ile mukavemet heesapları yapılmış, daha sonra üretilmiş ve İTÜ Prof. Dr. Cahit Özgür Hidromekanik Laboratuvarı'nda testleri gerçekleştirilmiştir.Tasarım süreci öncelikle amprik ve analitik formüller kullanılarak ana boyutların hesabı ile başlamış, hız üçgenleri kullanılarak kanat tasarımları yapılmıştır. 3-boyutlu tasarımlar Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği analizleri ile doğrulanmış, daha sonra optimzasyon sürecine geçilmiştir. Stator sayısı, emme borusu geometrisi, kanat açıları, göbek çapı, kuyruk suyu borusu geometrisi gibi birçok parametrede değişiklikler yapılarak aynı düşü için türbinin verim ve güç değerleri arttırılmıştır.Eniyileştirme çalışmalarında ortaya çıkan 15 farklı tasarımdan seçilen tasarım için sonlu elemanlar analizleri ile mukavemet hesabı yapılmış ve yeterli güvenlik faktörü görüldüğünde üretim için mekanik tasarım yapılmıştır. Mekanik tasarım üretilebilirlik açısından bazı kısıtlar getirdiğinden sivri kenarlı kanatların keskinliği azaltılmış ve akabinde rotor ve stator kanatları CNC'de işlenmiş, gövdenin büyük kısmı standard borudan kesilmiş, standard olmayan çap içinse sac bükülerek kaynatılmıştır.İmalatı yapılan prototip İstanbul Teknik Üniversitesi'ne hidrolik test için gönderilmiştir. Moment ölçümü için bir torkmetre yerleştirilmesinin mümkün olmaması sebebi ile hidrolik güç ve jeneratör güçleri ölçülerek sistem verimi hesaplanmış, türbinin dizayn debisini test sisteminde sağlamak mümkün olmadığından testler anma hızından düşük hızlarda yapılıp daha sonra ölçüm sonuçları 1500 d/d dönme hızına irca edilmiştir. Elde edilen test sonuçları ile analiz sonuçları karşılaştırılığında oldukça yakın değerler elde edilmiştir.Bu çalışma neticesinde 10kW'lık bir mikro türbinin sayısal yöntemler kullanılarak tasarımı yapılmış ve bir tasarım metodolojisi oluşturulmuştur. Deneysel sonuçların sayısal analizler ile yakın çıkmış olması tasarım sürecinde sonlu analiz yöntemlerinin kullanılmasının faydasını ortaya koyması açısından önemlidir ve günümüz tasarım süreçlerinin vazgeçilmez unsurlarıdır.
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.
Silindirik rotorlar ile gemi sevki ve geminin yalpa hareketi analizi
Son yıllarda, denizcilik sektöründe atık gazların atımının azaltılmasının amaçlanması ve yenilenebilir enerji yöntemlerine olan yönelimin artması silindirik rotor sistemini uygulanabilir alternatif bir yardımcı sevk sistemi olmasından dolayı cazip hale getirmiştir. Bu tezde yapılan çalışmaların temel amacı, silindirik rotorların geliştirilmesi için eksik görülen bilimsel altyapının oluşturulmasına yardımcı olmaktır. Bu tezde yapılan çalışmalar 3 temel kısımdan oluşmaktadır. Çalışmalar Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği analizleri (HAD) ile yapılmıştır. İlk olarak, belirlenen bir rota üzerinde performans analizi yapılan silindirik rotorun itiş kuvvetleri çıkarılmış ve buna bağlı olarak rotorlu gemi hızı ile rotorsuz gemi hızı bulunarak varış noktasına kadar alınan seyir süreleri karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak rotorlu geminin rotorsuz gemiye göre daha kısa sürede varış noktasına ulaştığı görülmüştür. İkinci bölümde silindirik rotorların, geminin yalpa hareketi ile ilişkisi incelenmiştir. Yalpa hareketi durumunda silindirik rotorların itiş kuvveti performanslarının azaldığı görülmüştür. Yapılan çalışmaların son bölümünde ise çoklu silindirik rotorların birbirlerine olan etkisi incelenmiştir. Burada elde edilen sonuç ise iz alanı ya da çürük alan olarak nitelendirilebilecek bölgede kalan silindirik rotorun itiş kuvveti üretme performansının çok fazla düşebileceği olmuştur.
Eğrisel yüzeyler üzerindeki akışlarda Reynolds ve Prandtl sayılarının nusselt sayısına etkisinin incelenmesi
Bu çalışmada silindir, iç bükey ve dış bükey yüzeyler üzerinden laminar ve türbülanslı akış sayısal olarak incelenmiştir. Adı geçen geometriler için Prandtl ve Reynolds sayılarının Nusselt sayısı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Laminar ve türbülanslı akış için Reynolds sayısının geniş bir aralığında (4x104 ? 4x105) çalışılmıştır. Çalışmada akışkan olarak Prandtl sayıları 0.234 ? 3431 aralığında değişen hava, NH3, civa, freon, etilen glikol ve motor yağı kullanılmıştır. İç bükey ve dış bükey yüzeylerin eğrilik boyutları değiştirilerek yeni bir boyutsuz parametre (Rr = Rmax/Rmin) tanımlanmış ve bu parametrenin 3 farklı değeri için sonuçlar elde edilmiştir.Sayısal çalışma için ANSYS CFX 11.0 paket programı kullanılmıştır. Geometrik model oluşturulması ve oluşturulan modelin sonlu elemanlara ayırma işlemi ANSYS Workbench programıyla gerçekleştirilmiştir.Türbülans modeli olarak Shear Stress Transport Model (SST) kullanılmıştır. Bu model standart k-? model ve k- ? modelleri ile kıyaslanmıştır.İlk olarak sayısal sonuçları doğrulamak için literatürde yaygın olarak çalışılmış silindir üzerindeki akış ve ısı transferi farklı Prandtl ve Reynolds sayılarındaki farklı akışkanlar için incelenip literatürle karşılaştırılmıştır. Daha sonra literatürde yaygın olmayan iç bükeyve dış bükey geometri üzerindeki akış farklı Prandtl ve Reynolds sayılarında detaylı olarak incelenmiştir.Sonuçlar hız, sıcaklık ve basınç eşçizgileri, yerel ve ortalama Nusselt sayısı, direnç katsayısı ve art izi mesafesi biçiminde sunulmuştur. Ayrıca her bir geometri için Reynolds ve Prandtl sayılarına bağlı olarak ortalama Nusselt sayıları için şeklinde bağıntılar elde edilmiştir.Sonuç olarak, Re ve Pr sayılarının artmasıyla yerel ve ortalama Nusselt sayıları arttığı ve dikey yöndeki eğriliğin artmasıyla yerel ve ortalama Nusselt sayılarının, direnç katsayılarının ve art izi mesafelerinin arttığı görülmüştür. İç bükey ve dış bükey yüzeylerin Rr = 1 durumu için ortalama Nusselt sayısı değerlerinin en düşük değerleri aldığı, benzer şekilde iç bükey ve dış bükey yüzeylerin (Rr = 4) durumu için ise en yüksek değerleri aldığı tespit edilmiştir. Ortalama Nusselt sayısı için elde edilen bağıntılarda Prandtl sayısının etkisinin ihmal edilemeyecek düzeyde olduğu gözlemlenmiştir. Ortalama Nusselt sayısı için elde edilen sonuçlar literatürdeki deneysel verilerle kıyaslanmış ve oldukça uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Silindir ve dış bükey yüzey üzerinden akışta yüksek Reynolds sayılarında yerel Nusselt sayılarının 2 farklı minimum noktadan geçtiği, iç bükey üzerinden akışta minimum noktanın oluşmadığı görülmüştür.
Bir odanın doğal havalandırılmasının sayısal analizi
Sosyal gelişmelere bağlı olarak konfor şartları da sürekli olarak artmaktadır. Bina içinde konfor seviyesi ya bir iklimlendirme sistemi kurularak ya da doğal yollarla sağlanabilmektedir. Bir iklimlendirme sistemi kurulması durumunda, hem ilk yatırım maliyeti hem de işletme maliyeti artmaktadır. Bu sebeplerden dolayı doğal havalandırma önemli bir alternatif olarak ortaya çıkmaktadır. Doğal havalandırma uygulamaları son yıllarda artış göstermiştir. Bu çalışmada, bir odanın doğal havalandırması sayısal olarak incelenmiştir. Oda içindeki hava hareketi, sıcaklık dağılımı, hava içindeki kirletici gazın (karbondioksit) konsantrasyonu dağılımı değişik pencere konumları ve rüzgâr hızı için sayısal olarak simüle edilmiştir. Bunun için problemin temel denklemleri olan süreklilik, momentum, enerji ve konsantrasyon denklemi zamana bağlı olarak FLUENT paket programı kullanılarak çözülmüştür. Türbülans realizable k- ? modeli kullanılarak modellenmiştir. Simülasyonlar yaz ve kış şatları havalandırması için değişik pencere konumları için farklı rüzgar hızlarında (0, 1,0 ve 1,5 m/s) yapılmıştır. Yaz şartları için yapılan analizlerde, yazın günün serin vakitlerinde birim zamanda ne kadar ısının doğal havalandırma yoluyla dışarıya atılabileceğinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Kış şartları için yapılan analizlerde, bir oda içindeki kirli havanın doğal havalandırma yoluyla ne kadar zaman içinde dışarıya atılabileceğinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Simülasyon sonuçları, örnek alınan odanın içindeki karbondioksit konsantrasyonunun kabul edilebilir seviyeler düşmesi rüzgâr hızına ve pencere konumlarına bağlı olmakla birlikte, yaklaşık ilk 60 saniye içerisinde oda içindeki karbondioksit konsantrasyonunun %90 azaldığını göstermiştir.