Mikroborularda kritik noktaya yakın süperkritik CO2 akışının ısı transferi ve basınç düşüşü özellikleri üzerine sayısal çalışma

Süperkritik CO2 akışının psödokritik bölge yakınındaki kaldırma kuvveti ve termal ivme etkileri, literatürde ısı transferini artırma mekanizması olarak yaygın olarak belirtilmiştir. Ancak, çoğu yayın türbülanslı akışlarla ilgilenmekte ve bu etkilerin akış yapısını nasıl değiştirdiği ve ısı transferini nasıl artırdığı konusundaki ayrıntıları tartışmamaktadır. Mevcut çalışma, mikrotüpler boyunca yerçekiminin tersi yönde sCO2 akışında, özellikle düşük Reynolds sayılarında 0,5 mm çapında ve yüksek Reynolds sayılarında 0,847 mm çapında ısı transferini artıran mekanizmaları sayısal olarak incelemiştir. Isı transferi artışı, düşük Reynolds sayıları için M şeklindeki hız profilinin ortaya çıkması ve kaybolmasıyla yakından ilişkili olduğu tespit edilmiştir. M şeklindeki hız profili kaldırma kuvveti etkisiyle oluşmaya başladığında, ısı transfer katsayısının ilk yerel maksimum değeri, sınır tabakası tarafından sürüklenen akışkanın duvar bölgesinden termal ivmelenmesi olarak ortaya çıkmıştır. Akışkan sürüklenmesi, termal enerjiyi duvardan çekirdeğe doğru taşıması ile ısı transferini iyileştirmiştir. Sonuçlar, yüksek Reynolds sayılarında yer çekiminin ısı transferi özellikleri üzerinde önemli bir etkisinin olmadığını göstermiş olup; bu durum kaldırma kuvvetinin sCO2 akışının ısı transferi davranışında önemli bir rol oynamadığı anlamına gelmektedir. M şeklindeki profil düşük Reynolds sayısında çekirdek bölgesindeki termal ivmelenme nedeniyle kaybolmaya başladığında, bazı durumlarda zıt yöndeki iki kuvvetin geliştirdiği ani türbülans nedeniyle ikinci maksimum ortaya çıkmıştır: bir kuvvet M şeklindeki profildeki yerel maksimum hızının konumunu sürüklerken, diğeri çekirdek bölgesini hızlandırır. İkinci maksimum yüksek Reynolds sayısında yüksek atalet kuvveti nedeniyle gözlenmezken, herhangi bir konumdaki negatif radyal hız ısı transfer katsayısını artırmak için önemli olmaktadır. Ayrıca tez çalışması kapsamında, basınç düşüşü, yüzey pürüzlülüğü, LES simülasyonlarını kullanma imkanı ve RANS modelinin olası modifikasyonları hakkında önemli sonuçlar verilmiştir.