Yüzen bölge konfigürasyonunda yüzey gerilim hareketi yapan akışkanın hareket denklemlerinin nümerik ve deneysel incelenmesi

Abstract

iiiÖZETBu çalışmada, yüzen bölge konfigürasyonu kullanılarak akışkan serbest yüzeyinindüz olduğu durumda üstten ısıtma yapılarak yüksek Prandtl sayısına sahip hidro-karbon (H-C) grubu akışkan kolonundaki yüzey gerilimli akış hareketi nümerikolarak incelenmiştir. Akışkan kolonuna uygulanan farklı sıcaklıklar yüzey gerilimhareketinin değişmesine sebep olmuştur. Rejim hali yüzey gerilim hareketininakışkanın serbest yüzeyi boyunca farklı sıcaklık değerlerindeki yüzeysel sıcaklıkprofilleri ve hız vektörleri olarak incelenmiştir.Hız vektörleri ve sıcaklık alanları, gelişmiş SIMPLE algoritması kullanılarakFORTRAN programlama dili yardımı ile çözülmüştür. Bu çözümde uygun sayıdagride sahip Sonlu Elemanlar Metodu (Finite Element Method- FEM) kullanılmıştır.Akışkanın üst ve alt bölgelerinde bakır silindire temas noktalarındaki nümeriksıcaklık hassasiyeti 0.01ºC değerlerle elde edilen sonuçların sıcaklık ve hız alanlarıcinsinden adım adım program koşturulmuştur. Elde edilen sonuçlardan hız alanları,sıcaklık alanları ve akım çizgileri hesaplanmıştır.Deneysel çalışmada deney akışkanı olarak 5cSt kinematik viskoziteye sahip silikonyağı kullanılmıştır. Kararlı akış halindeyken dikey konumdaki silindirik akışkanınyüzey sıcaklıkları ölçülmüştür. Akış hareketini gözlemlemek için laser ışığı vemikroskoptan yararlanılmıştır. Deneyler sabit ortam sıcaklığında (TR=22ºC'de) veortamın titreşimsiz olduğu anlarda dikey olarak yukarıdan aşağıya kadar ki aralıkboyunca sıcaklık değerleri elde edilmiştir.Nümerik çalışmalarda hesaplanan değerler ve buna bağlı olarak çizilen grafikler,deneysel çalışmalarda elde edilen değerler ve bunların grafikleri ilekarşılaştırılmıştır. Karşılaştırma neticeleri sonuç kısmında açık şekilde ifadeedilmiştir.ANAHTAR KELİMELER: Yüzey gerilimli konveksiyon, rejim hali yüzeygerilimli konveksiyon, yüzey sıcaklıkları

ivABSTRACTIn this study, thermocapillary flow in liquid bridge of high Prandtl numberHydrocarbon(H-C) group fluid is investigated numerically by using floating-zoneconfiguration when the liquid free surface is flat. Different temperatures on the liquidcolumn is caused changing of surface tension movement. Surface temperatures?profiles and velecity vectors are investigated as being applied different temparaturesover the liquid free surface of steady-state surface tension.Velocity vectors and temperature fields are computed by FORTRAN programminglanguage with using advanced SIMPLE algoritms. In this computution FiniteElement Method(FEM) which have suitable grid number is used. Thermocapillaryflow in this configuration is generated by the temperature gradient created across thefree surface due to the difference in temperature of the two rods. Both the heater(upper rod) and the cooler(bottom rod) are maintained at constant temperatures. Theprogram is run step by step with numerical temperature sesibility of 0.01ºC. Velocityfields, temperature fields and streamlines are calculated from the found results.In the experiment, the silicon oil which has 5cst kinematic viscosity is used as anexperimentel fluid. Vertical cylindrical fluid?s surface temperatures are measuredduring the steady-state convection. A laser beam and a microscope are used toobeserve fluid flow. Experiments are done at constant room temperature(TR=22ºC)and vibration-free enviroment. Temperatures values are measered from the top to thebottom.The graphics drawn by using calculated numerical values and the graphics drawn byusing experimental results are compared. The results of comparision is clearlyexplained in the result section.KEY WORDS: Thermocapillary convection, Marangoni convection, surfacetemperatures