Geri Dön

Momentum ve enerji denklemleri için düşük boyutlu modeller geliştirilmesi

Development of low order models for momentum and energy equations

  1. Tez No: 143052
  2. Yazar: KENAN GÖÇMEN
  3. Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. HASAN GÜNEŞ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2003
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 139

Özet

Yapılan bu tez çalışmasında, momentum ve enerji denklemleri için düşük boyutlu modeller geliştirilerek bu modellerin farklı akış rejimlerindeki performansları incelenmiştir. Akış ve ısı geçişi problemlerinde doğrudan sayısal simülasyonlarla momentum ve enerji denklemlerinin zamana bağlı çözümleri, karmaşık geometrilerde çok uzun işlemler gerektirdiğinden, araştırmacıya oldukça fazla zaman kaybettirmektedir. Az sayıda adi diferansiyel denklem içeren düşük boyutlu modeller kullanılarak sistem davranışı çok daha kısa sürede ve daha kolay bir şekilde tahmin edilebilmektedir. Bu durum düşük boyutlu modelleri, kararlılık ve kontrol analizleri için elverişli bir hale getirmektedir. Ele alınan problemlerde ilk olarak, yapılan kabullerde dikkate alınarak, Navier- Stokes ve enerji denklemleri uygun sımr şartlan kullanılarak, sonlu hacimler tekniğinin kullanıldığı ticari bir program olan FLUENT yazılımı ile çözülerek sayısal simülasyonlar yapılmıştır. Daha sonra elde edilen zamana bağlı (enstantane) hız ve sıcaklık alanlarına uygun ortogonal ayırım metodu (Proper Orthogonal Decomposition, POD) uygulanarak (deneysel) özdeğer fonksiyonlar oluşturulmuştur. Momentum ve enerji denklemlerine, en enerjik özdeğer fonksiyonların kullanıldığı Galericin yöntemi uygulanarak, az sayıda lineer olmayan adi diferansiyel denklemden oluşan düşük boyutlu modeller elde edilmiştir. Bir ölçüde sistem davranışını yansıtmakta olan POD kullanılarak, düşük boyutlu modeller elde edilmiş ve bu modellerin performansları incelenmiştir. Yukarıda anlatılan yöntemler zorlanmış taşınım ve karışık taşınım olmak üzere iki farklı temel problem için uygulanmıştır, ilk çalışmada bir kanal içinde ikiz-jet akış problemi önce sadece akış alam için çözülmüştür. Daha sonra aynı probleme enerji denklemi dahil edilerek, sıcaklık alam da elde edilmiştir. Akış parametrelerindeki değişimin, bifürkasyon ve kararlılık olaylarına, POD sonuçlarına ve düşük boyutlu modellere olan etkilerinin incelenmesinin yanısıra, geometrik parametrelerin (yan duvarlarla jetin sınırlandırma oram) değiştirilmesiyle elde edilen akışın dinamik yapısı da incelenmiş ve düşük boyutlu modellerin karşılaştırması yapılmıştır. İkinci çalışmada ise elektronik elemanların soğutulması ile ilgili olarak, içinde ısı kaynağı bulunan bir bölgede dışardan zorlanmış akışın ( örneğin bir fan ile) uygulandığı karışık ısı taşınım olayı ele alınmış, böylece doğal taşınım ile zorlanmış taşınımın etkileri birlikte incelenmiştir. Bu şartlarda oluşturulan sistemde, değiştirilen parametrelerle karışık taşınım olayının akışın (dinamik) yapısı ve oluşturulan düşük boyutlu modeller üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Her iki çalışmada da sonuçlar göstermiştir ki, sayısal simülasyonlar ile elde edilen enstantane hız ve sıcaklık alanlarına POD yöntemi uygulanarak bu alanların temel yapılan hakkında detaylı bilgi edinmek mümkündür. Bunun yam sıra POD ve Galericin yöntemi birlikte kullanılarak elde edilen düşük boyutlu modeller sistemin dinamik davranışını temsil edebilmektedir. Aynca bu modellerin tasanm ve tasanm dışı şartlarda performanslarının yüksek olması, bu modellerin, tasanm, simülasyon ve akış kontrol sistemlerinde kullanılabilir nitelikte olduğunu göstermiştir.

Özet (Çeviri)

In this study, low-order models are developed for Navier-stokes and energy equations and the performance of the models are investigated in different flow parameters, namely Re and/or Ri. In the flow and heat transfer problems concerning complex geometries, direct numerical simulations require very long time to solve momentum and energy equations. System behaviors are effectively estimated using low-order models consisting of few nonlinear ordinary differential equations. Therefore low order models become suitable for stability and control analysis. The dynamic structure of the flow and its physical properties has been investigated for two different problems in this thesis. The numerical simulations of the governing equations with related boundary conditions are performed using a finite volume technique (based on FLUENT software). Then, the proper orthogonal decomposition (POD) is applied to the instantaneous flow and temperature data to obtain POD- based basis functions for velocity and temperature fields. These basis functions are capable to identify the coherent structures. Low-order models consisting of few nonlinear ordinary differential equations are obtained using the most energetic empirical eigenfunctions as basis functions and applying Galerkin's method for governing equations. The size of the low-dimensional models depends on the number of eigenfunctions which are used as basis functions in a series expansion. The mentioned method above has been applied to two different problems namely forced and mixed convection. In the first study, confined twin-jet flow problem has been solved. Then, the temperature field has been obtained by considering the energy equation to the same problem. Performance of low-order models, and their stability predictions are investigated. The second study constitutes a typical configuration encountered in air-cooled electronic devices. A discrete heat source, flush-mounted on a vertical board, is mounted on the bottom wall of a partially open cavity. An external airflow enters the cavity through an opening (inlet) in the left vertical wall and exits from the opposite opening (outlet) in the right vertical wall. Low-order models are developed accounting both effects of forced and natural convective flow. Both of the studies show that detailed knowledge about dynamical system behavior can be obtained by the proper orthogonal decomposition (POD), which is applied to the instantaneous flow and temperature data. In addition, low order models, which are obtained by applied Galerkin projection onto Navier-Stokes equations, represent dynamical behavior of the system. The fact that, in general, low order models show high performance characteristics at design and off-design conditions, these models can be used for design, simulation and control systems.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    872226

    FPGA based hardware accelerator for euler equations with finite volume method

    Euler denklemleri için sonlu hacimler yöntemi ile FPGA tabanlı donanım hızlandırıcı

    EMİNE ELİF YİĞİT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN YENİÇERİ

  2. Tez No

    496481

    Modeling and interpreting transient wellbore temperature behaviors in wellbores under nonisothermal single-phase liquid flow conditions in oil reservoirs

    Petrol rezervuarlarında tek-fazlı sıvı akışı koşullarında kuyu içi kararsız sıcaklık davranışlarının modellenmesi ve yorumlanması

    GONCA ÜLKER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA ONUR

  3. Tez No

    467264

    Modeling and interpreting transient sandface temperatures in presence of momentum and skin effects under nonisothermal single-phase liquid flow conditions

    Petrol rezervuarlarında tek-fazlı sıvı akışı koşullarında momentum ve zar etkileri altında kuyudibi sıcaklık davranışlarının modellenmesi ve yorumlanması

    SERHAT KOÇAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA ONUR

  4. Tez No

    421234

    CFD simulation of multiphase sulphur removal reactor SAMUM

    SAMUM multifaz kükürt temizleme reaktörünün CFD simülasyonu

    MERT ERDOĞAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSNÜ ATAKÜL

  5. Tez No

    637481

    Computational investigations for shock wave – boundary layer interactions of a thermally nonequilibrium hypersonic flow

    Isıl dengede olmayan hipersonik bir akıştaki şok dalgası – sınır tabaka etkileşimlerinin hesaplamalı yöntemlerle incelenmesi

    DAVUT VATANSEVER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BAYRAM ÇELİK

Geri Dön