Pervane tipli türbülatörün akışa ve ısı geçişine etkilerinin sayısal ve deneysel incelenmesi

Abstract

ÖZET Bu çalışmada geliştirilen pervane tipli bir türbülatörün akışa ve ısı geçişine etkileri sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Sayısal çalışmada; zamandan bağımsız, eksenel simetrik, sıkıştırılamaz dönmeli laminer ve türbülanslı akışlar için Navier-Stokes ve enerji denklemleri çözdürül- müştür. Kontrol hacmi metodu yaklaşımıyla sonlu-fark denklem leri elde edilmiş ve bu denklemler hazırlanan bir bilgisayar programı yardımıyla, SIMPLEC sayısal çözüm yöntemi kullanıla rak iteratif olarak çözülmüştür, ilk aşamada laminer katı ci sim dönmesi ve kaynak-kuyu akışları incelenmiştir. Daha sonra k-? türbülans modeli kullanılarak program geliştirilmiş ve türbülanslı boru akışı, boru akışında ısı geçişi problemle rine uygulanmıştır. Pervane tipli türbülatör arkasındaki akış alanı deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Akış gözleme ve hız dağılımı ölçüm deney düzenekleri kurulmuştur. tik olarak laminer akışta akış gözleme deneyleri yapılmış, eksenel simetrik dönme azalması ve türbülatör arkasındaki akış gözlenmiştir. Pervane tipli türbülatör arkasındaki eksenel ve çevresel hız dağılımları kızgın telli anemometre kullanılarak ölçülmüştür. Boru girişinde (x=0) ölçülen eksenel ve çevresel hız dağılım ları, sayısal çözüm için giriş sınır şartı olarak kullanıl mıştır. Boru boyunca ölçülen ve sayısal olarak hesaplanan hız dağılımları karşılaştırılmış, dönme sayısı ile Reynolds sayısı arasındaki ilişki araştırılmış, akış hızının ve yönü nün boru boyunca değişimi incelenmiştir. Boru girişine yerleştirilen pervane tipli türbülatörün ısı geçişine ve basınç kaybına etkilerini incelemek amacıyla ısı geçiş deney düzeneği kurulmuştur. Çeşitli Reynolds sayı larında yapılan deneylerde ortalama ve yerel ısı geçişi ince lenmiş ve dönme etkilerinin sürdüğü uzaklık araştırılmıştır. Ayrıca türbülatör, boru başlangıcından x=197.8mm uzakta yerleştirilerek, ısı geçişi ve basınç kaybı açısından her iki yerleştirme konumu karşılaştırılmıştır. VIII

SUMMARY In this study, a propeller type of turbulators has been developed and its effects on fluid flow and heat transfer numerically and experimentally have been investigated. In numerical study, for steady-state, axsymmetrical, incompres sible laminar and turbulent swirl flows, the Navier-Stokes and energy equations were solved. The finite-difference equations were obtained by employing the control volume approach. A computer program, which uses the SIMPLEC solution algorithm, to solve these equations has been developed. The first, laminar solid body rotation and source-sink flows were investigated. Later, the computer program was improved to take into account k-6 turbulent model and employed turbulent pipe flow field, and heat transfer for turbulent flow prob lems. Flow field behind the turbulator was experimentally and numerically investigated. Flow visualization and flow field measurement apparatus were set up. Flow visualization for laminar flow, axsymmetrical decaying swirl flow and flow behind the turbulator were performed. Axial and circumferen tial velocity distribution behind the turbulator were mea sured by using hot-wire anemometer. Measured axial and cir cumferential velocity distribution at the pipe inlet (x=0) were taken as boundary conditions for the numerical study. Experimental and numerical velocity distribution along the pipe were compared, relations between swirl number and Rey nolds number were searched, variation of fluid velocity and its direction along the pipe were investigated. Experimental apparatus was also set up to investigate the effect of the turbulators on heat transfer and pressure loss. The experiments were made for different Reynolds num bers. The mean and the local heat transfer, and the variation of the swirl effect along the pipe were investigated. Addi tionally, the turbulator was placed at x=197.8mm and heat transfer and pressure loss experiments were performed. The results of two cases were compared. IX