Uçak gövdesinde yalıtım malzemesinin taşınımla ısı geçişine etkisi

Halkalar arasında ve silindir yapılar içerisinde doğal taşınım ve zorlamalı taşınım olayı, ısıl enerji depolama sistemleri, yer altı elektrik iletim kabloları, güneş enerjisi kollektörleri, nükleer reaktörler, uçak gövdesi yalıtım malzemesi gibi birçok mühendislik uygulamalarında incelenen konular arasında yer alır. Kullanım amaçlarından biri ısı ve ses yalıtımı olan uçak gövdesi gözenekli yalıtım malzemesi içerisinde uçuş boyunca nem birikimi gerçekleşmekte, kabin ve dış gövde sıcaklık farkından dolayı yalıtım malzemesi içerisindeki su buharı hal değişimi ile sıvı veya katı hale geçebilir. Yalıtım malzemesinde gerçekleşen nem birikimi olayı uçağın ağırlığını arttırır ve malzemenin korozyona uğramasına neden olarak yalıtım özelliğini kaybetmesine yol açabilir. Yapılan çalışmada eş merkezli iç içe geçmiş halkalar arasında doğal taşınım, eş merkezli halkalar arasında gözenekli ortam olan doğal taşınım ve dış duvarın iç kısmında belli bir kalınlıkta gözenekli ortam olan silindir içerisinde zorlamalı taşınım olayı incelenerek bu üç problem için sayısal olarak elde edilen çözümler sunuldu. Yapılan tez çalışmasının bir diğer amacı ise sayısal olarak çözülen bu üç problem yardımıyla uçuş koşullarına göre uçaklarda kabin ve dış gövde arasında gerçekleşen hava akışını, gözenekli yalıtım malzemesinde ortaya çıkan nem birikimi ve su buharının hal değişimi olayını araştırıp inceleyebilmek ve sayısal olarak hesaplayabilmek için altyapı çalışması oluşturmaktır. Sonlu hacim methodu (FVM) ile ayrıklaştırılan akışkan ve gözenekli ortam için yazılan genel korunum denklemleri, basınç ve hız doğrulaması için kullanılan SIMPLE algoritması yardımı ile çözüldü. Eş konumlu ağ yapısının kullanıldığı bu çalışmada yön değiştirmeli kapalı yöntem ve üç bant genişlikli matris algoritması (TDMA), lineer cebir denklem sistemlerini çözmek için kullanıldı. İlk olarak iç ve dış duvarların sabit sıcaklıkta ve iç duvar sıcaklığının yüksek olduğu eş merkezli iç içe geçmiş halkalar arasında doğal taşınım olayı incelendi. Halkalar arasında sıcaklık farkından dolayı oluşan kaldırma kuvveti etkisi ile meydana gelen hava akışının sıcaklık ve akım fonksiyonu profilleri, belli açılardaki sıcaklık ve hız dağılımları, ortalama Nusselt sayıları farklı Rayleigh sayılarında elde edildi. İncelenen ikinci problem ise dış duvarın iç tarafında belli bir kalınlıkta gözenekli yalıtım malzemesi olan eş merkezli halkalar arasında doğal taşınım olayıdır. Duvar sıcaklıkların sabit olduğu halkalar arasındaki ısı geçişi ve hava akışı hesaplamaları farklı Rayleigh sayısı, Darcy sayısı ve gözenekli yalıtım malzemesi kalınlıklarında elde edilerek bu üç parametrenin etkileri irdelendi. Isıl dengesizlik kabulleri yapılarak ikinci problem sayısal olarak çözüldü. Son olarak dış duvar ile hava kanalı arasında gözenekli yalıtım malzemesi olan bir silindir içerisinde zorlamalı taşınım problemi ele alındı. Dikey simetri ekseni üzerinde silindirin alt tarafından belli bir sıcaklık ve hız ile kanaldan giren hava, yan yana bulunan gözenekli ortam ve kanaldan geçerek simetri ekseninin üst tarafından silindirin içerisini dolaşır. Daha sonra hava, kanal girişinin hemen üstünde yer alan çıkış bölgesinden tahliye edilir. Farklı Reynolds sayılarının, Darcy sayılarının ve gözenekli ortam kalınlıklarının zorlamalı taşınım olayı üzerinde etkileri tartışıldı. İncelenen bu problemde, gözenekli yalıtım malzemesinde ısıl dengesizlik kabulü yapılarak akışkan ve gözenekli ortam katı iskelet sıcaklığı profilleri, akım fonksiyonu, vektörel hızlar ve ortalama Nusselt sayısı hesaplamaları hesaplandı. Üç problem için elde edilen sonuçlar ile gözenekli ortamlı ve ortamsız eş merkezli halkalar arasında gerçekleşen doğal taşınım olayı ve dış duvarın iç kısmında belli kalınlıkta gözenekli ortam olan bir silindir için zorlamalı taşınım olayı ifade edildi. Bu sonuçlar, tez çalışması sonrasında incelenecek olan uçak gövdesi ve kabin arasında gerçekleşen ısı ve kütle geçişi olayları için alt yapı ve temel bir bakış açısı oluşturulması konusunda faydalı olacaktır.