An Experimental investigation on pulsatile pipe flows

Abstract

ÖZET DARBELİ BORU AKIMLARI ÜZERİNE DENEYSEL BİR ARAŞTIRMA GÜNDOĞDU, Mehmet Yaşar Doktora Tezi: Mak. Müh. Böl. Tez Yöneticisi: Assoc. Prof. Dr. Melda ö. ÇARPINLIOĞLU Ağustos 2000, 330 sayfa Bu tezde sunulan araştırma üç ana safhada gerçekleştirilmiştir. Birinci safhada; laminar, geçiş, ve türbülans rejimli darbeli ve salınımlı boru akımlarının üretilmesi için bir deney düzeneğinin tasarımı ve imalatı yapılmıştır. Bu tip akımların karakteristik parametreleri olan zaman-ortalanmış Reynolds sayısı, darbe sıklığı ve genliği düzenek üzerinde birbirinden bağımsız olarak ayarlanabilmektedir. İkinci safhada; düzenek üzerinde tamamen bilgisayar destekli deneysel bir çalışma yürütebilmek için, veri iletme, toplama, ve işleme sistemlerinden oluşan bir iletim sistemi kurulmuştur. Bu sistem kullanılarak, zamana bağımlı ölçümlerin yüksek süratle yapılımı oldukça hassas bir veri toplama ve işleme yeteneğiyle gerçekleştirilmiştir. Bu safhada, deney düzeneğinin referans zaman üretim ünitesi, tetikteme ünitesi, ve sonda gezdirme ünitesi gibi bazı elemanlarının iletim sistemiyle iç-etkileşimli olacak şekilde bilgisayar destekli kontrolü de gerçekleştirilmiştir. Üçüncü ve son safhada, düzenekle üretilen akımın uygunluğunu ve karakteristik akım parametreleri olan zaman ortalanmış Reynold sayısı(Reta), boyutsuz darbe frekansı parametresi( Vw7 ), ile hız genliği oranı(Aı)' in akım yapısı üzerindeki genel etkilerini belirlemeye yönelik deneysel bir çalışma yürütülmüştür. Zamana bağımsız (daimi) boru akımına ait herkesçe iyi bilinen hız dağılım kanunları ve konu üzerinde bu zamana kadar elde edilen birikimler kullanılarak, Reta, Vco/ ve AV in laminar, geçiş, ve türbülans rejimli darbeli akımların hız alanına olan etkileri tespit edilmiştir. Zamana bağımsız boru akımına ait herkesçe iyi bilinen hız dağılım kanunları ve konu üzerinde bu zamana kadar elde edilen birikimler kullanılarak, Reta, Vcö7, ve AV in laminar, geçiş, ve türbülans rejimli darbeli akımların hız alanına olan etkileri tespit edilmiştir. Aynı safha içerisinde; zamana bağımsız (daimi) boru akımına ait herkesçe iyi bilinen direnç formülleri ve literatürde darbeli akım için tanımlanan birkaç akım sürtünme katsayısı kullanılarak, Reta, V<â/ ve A/in darbeli akımların anlık ve zaman-ortalanmış direnç karakterlerine olan etkileri de tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Darbeli Boru Akımı, Salınımlı Boru Akımı, Darbe Sıklığı, Darbe Genliği, Zamana Bağımlı Akım ölçümü, Bilgisayar Destekli Akım ölçümü. IV

ABSTRACT AN EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON PULSATILE PIPE FLOWS GÜNDO?DU, Mehmet Yaşar Ph. D. in Mechanical Engineering Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Melda O. ÇARPINLIO?LU August 2000, 330 pages Investigation presented in this thesis was realized in three main stages. In the first stage; an experimental set-up to generate pulsatile and pure oscillatory pipe flows with laminar, transitional, and turbulent regimes was constructed. The characteristic parameters of the flows; time-averaged Reynolds number, pulsation frequency, and pulsation amplitude could be adjusted as independent from each other in the set-up. In the second stage; a data acquisition system composed of all of data acquisition, accumulation, and processing systems was installed to carry a fully computer aided experimental study in the set-up. By using this system, a high speed conduction of time-dependent measurements was achieved with a quite sensitive data accumulation and processing ability. At this stage, computer-aided controls of some components of the set-up such as probe traversing unit, triggering unit, and reference time generating unit were also achieved to be interactive with the acquisition system. In the third and final stage; an experimental study was conducted to check reliability of the flow generated on the set-up and to determine the common effects of the characteristic flow parameters; namely, time-averaged Reynolds number(Reta), dimensionless pulsation frequency paramete^Vco7), and velocity amplitude ratio(A1) on the flow structure. Effects of Retel Vco7, and Ai on axial velocity fields of the flow with laminar, transitional, and turbulent regimes were determined using well-known velocity distribution laws of steady pipe flow and the present state of art on the subject. Effects of Reta, Vw7, and A1 on instantaneous and time-averaged resistance characters of pulsatile pipe flows were also determined using well-known resistance formulas of steady pipe flow and several frictional loss coefficients defined for pulsatile pipe flows in the related literature. Key Words: Pulsatile Pipe Flow, Oscillatory Pipe Flow, Pulsation Frequency, Pulsation Amplitude, Time-Dependent Flow Measurement, Computer-Aided Flow Measurement. Ill