Non-newtonian viscoelastic and viscoinelastic fluid flow for turbine cooling application
Türbin soğutma uygulaması için newtonyen olmayan viskoelastik ve viskoinelastik akışkan akımı
- Tez No: 127202
- Danışmanlar: PROF. DR. ZEKİ ERİM, PROF. DR. ADİL YÜKSELEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2002
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 105
Özet
TÜRBİN SOĞUTMA UYGULAMASI İÇİN NEWTONYEN OLMAYAN VİSKOELASTİK VE VİSKOİNELASTİK AKIŞKAN AKIMI ÖZET Polimer çözeltileri, plastik, sentetik fiberler, bazı yağlar, sabun ve deterjanlar ve biyolojik akışkanlar gibi karmaşık yapıya sahip malzemeler Newtonyen akışkan olarak sınıflanamazlar. Bu tip malzemelerin imalatı Newtonyen olmayan akışkanlar mekaniği alanında gittikçe artan araştırma yapılmasını gerekli kılar. Diğer taraftan bu tip akışkanlar özellikle gemi inşaatı sektöründe çalışan mühendislerin dikkatini çekmiştir. Bu ' özellik, ayrıca yangın söndürme makinalarında kullanılan su pompalarının suyu daha yükseğe ve daha yüksek basınçla fışkırtabilmesini sağlamaktadır. Bu nedenle, sürtünmeyi azaltma problemleri Newtonyen olmayan akışkanların en önemli uygulama alanlarından bir tanesi olmuştur. Endüstriyel gaz türbinleri elektrik üretimi açısından son derece önemli bir yere sahiptir. Bu türden uygulamalarda en önemli mesele gaz türbini veriminin arttırılması ve türbin palası ve diski gibi elemanların ömrünün uzatılmasıdır. Bu amaçla yeni malzemelerin geliştirilmesi yada başka bir çözüm bulunması gerekmektedir. Gaz türbini gibi yüksek sıcaklıkta çalışan makinalar için ikinci bir alternatif makina elemanlarının soğutulmasıdır. Bu çalışmada türbin pala ve disk elemanlarının soğutulması problemi ele alınmıştır. Burada amaçlardan bir tanesi sürtünmeyi azaltıp verimi arttırmaktır; diğeri ise, soğutma yoluyla türbinin ömrünü arttırmaktır. Türbin veriminin arttırılabilmesi için soğutmada kullanılan akışkanın sürtünmeyi azaltma özelliğine sahip olması gerekir. O halde Newtonyen olmayan akışkanların, türbin soğutulmasında kullanılması uygun bir çözümdür. Bu çalışmada non-Newtonien viskoelastik ve viskoinelastik akışkanlar ile türbin soğutulması problemi incelenmiştir. Türbin pala elemanı, içinden soğutucu viskoelastik akışkanın enjekte edildiği gözenekli bir iç elemana sahiptir. Pala elemanı, içindeki soğutma kanalındaki akımın iki boyutlu olduğu kabul edilmiştir. Türbin disk elemanın soğutma sistemi ise birbirine parallel biri gözenekli iki levhadan ibarettir ve akış alam eksenel simetrik kabul edilmiştir. Burada viskoinelastik soğutucu akışkan, gözenekli diskten enjekte edilmektedir ve bundan sonra akış radyal yönde dışarı doğru cereyan etmektedir. Türbin pala elemanının ve disk elemanının yüksek sıcaklıktaki dış akımdan en çok etkilenen kısmı, durma noktası civarındaki bölgedir. En verimli soğutmanın sağlanması için iç ve dış akışa ait durma noktalarının çakıştığı kabul edilmiştir. Gözönüne alman akım bölgesi ise iç durma noktası civandır. Bu kabuller altında temel denklemler benzerlik çözümü uygulanarak elde edilmiştir. Hız alamna ilişkin denklem iki boyutlu akış halinde beşinci mertebeden nonlineer bir adi diferansiyel denklemdir, üç boyutlu halde ise denklemin mertebesi dörttür. Bir pertürbasyon yöntemi uygulanarak her iki hal için iki adet dördüncü mertebe diferansiyel denklem elde edilmiştir. Bu denklemler dördüncü mertebe Runge-Kutta- xıvGill yöntemi kullanılarak çözülmüştür. Hız alanının, benzerlik parametresi olan T}=y/L (eksenel simetrik akım için rj=z/L ) ile değişimi Reynolds sayısının 100 değerine kadar incelenmiştir. Newtonyen olmayan akış alanının Newtonyen akışa nazaran fazla değişmediği tespit edilmiştir. Duvar sürtünme parametresi f'(ö) değerinin iki boyutlu halde K viskoelastik parametresine göre 0l ve üç boyulutlu halde Re>0.3 olması hallerine ait K değerlerinin yaklaşık seçimi için aşağıdaki bağıntılar bulunmuştur: İki boyutlu halde : K= 0.161exp(-0.0266Re+1.4906/Re) (Re>l) Üç boyutlu halde: K = 0.3/Re (Re>0.3) XV
Özet (Çeviri)
NON-NEWTONIAN VISCOELASTIC AND VISCOINELASTIC FLUID FLOW FOR TURBINE COOLING APPLICATION SUMMARY Materials with complex structure such as solutions and melts of polymers, plastics, synthetics fibers, certain oils and greases, soap and detergents, certain pharmaceuticals and biological fluids don't fall into the category of newtonian fluids. The production of these materials requires increasingly more research in the area of non-Newtonian fluid mechanics. On the other hand, this kind of fluids possesses drag reducing property, which has particularly attracted the attention of engineers working in naval industry. Also this property provides water pumping devices used in fire extinguishing to pump water at higher pressure. Therefore, drag reduction problems have been one of the applications areas of non-Newtonian fluids. Industrial gas turbines are of fundamental importance in power generation. In this kind of applications, the most important issue is improving the turbine efficiency and increasing the lifetime of turbine component such as the turbine blade and disk. For this reason, development of new materials or another solution is required. For machines that operate at high temperatures such as the turbine of the gas turbine engine, a second alternative is cooling the elements of the machine. In this study, the subject of cooling the turbine blade and disk is undertaken. The purpose is reducing friction and improving turbine efficiency and extending the lifetime of the turbine. In order to improve turbine efficiency, the fluid used for cooling must have drag reducing property. Therefore it is convenient to use non-Newtonian fluids for the cooling of gas turbine engines. In this study a method for cooling the turbine blade and disk with non-Newtonian viscoelastic and viscoinelastic fluids has been investigated. The blade has an interior baffle with a porous wall through which a viscoelastic coolant fluid is injected. The flow field is assumed to be two-dimensional for the turbine blade. The cooling configuration for the turbine disk consist of two parallel disks for which the flow field is assumed axially symmetric. Viscoinelastic coolant fluid is injected through the perforated disk and then flows in radially outward direction. The region of the turbine blade or disk, that is most affected by the hot stream, is the region near the outer stagnation point. To achieve most efficient cooling the coolant injection is assumed to be such that the inner and outer stagnation points coincide. The region taken into consideration is the flow near the inner stagnation point. Under these assumptions the governing equation are obtained by applying a similarity solution. The resulting equation for two-dimensional velocity field is a fifth order nonlinear ordinary differential equation and for three-dimensional flow field a fourth order equation. A perturbation method is applied, which gives two fourth order differential equations in both cases. These equations are then solved by using the fourth-order Runge-Kutta-Gill method. The variation of the velocity field with the similarity Xllvariable T}=y/L (rj=z/L for axisymmetric flow) for various values of the Reynolds numbers is obtained up to Re = 100 for non-Newtonian fluid flow. It is found that non-Newtonian fluid velocity differs slightly from Newtonian fluid flow. The wall friction parameter /"(0) for two-dimensional nonnewtonian viscoelastic flow decreases with K for the whole range of Reynolds numbers (0l in two-dimensional case and Re > 0.3 in the case of three-dimensional flow, K should be chosen according to the following formulas in order to obtain realizable fluid flow: For two-dimensional flow K= 0.161exp(-0.0266Re+1.4906/Re) (Re>l) For three-dimensional flow: K=03/Re (Re>0.3) Xlll
Benzer Tezler
- Üçüncü mertebeden Rivlin-Ericksen akışkanının biri sabit diğeri hareketli olan kesişen iki düzlem arasındaki yavaş akımı
The Creeping flow of the third-order Rivlin-Ericksen fluid between intersecting planes, one of which is stationary and the other moving
SERDAR BARIŞ
- Numerical investigation of the viscoelastic fluids
Viskoelastik akışkanların sayısal incelenmesi
KERİM YAPICI
Doktora
İngilizce
2008
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. YUSUF ULUDAĞ
PROF. DR. BÜLENT KARASÖZEN
- Tekil iplik üretim hattında soğutma sisteminin iplik üzerine olan etkisinin incelenmesi
An investigation effects of cooling system on yarn in monofilament production line
MERT PATKAVAK
Doktora
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN DEMİR
- Paralel iki levha arasındaki Rivlin-Ericksen akışlarının MHD radyal titreşimli akışı
Oscillating radial MHD flow of a Rivlin-Ericksen fluid between parallel plates
AYŞE ZALOĞLU
Doktora
Türkçe
2003
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekanik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLGÜN YALÇINKAYA
- Modeling die swell of second-order fluids using smoothed particle hydrodynamics
İkinci dereceden akışkanlarda kalıp şişmesi olayının düzleştirilmiş partikül hidrodinamiği ile modellenmesi
SAMİR HASSAN SADEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ KOŞAR
YRD. DOÇ. DR. MEHMET YILDIZ