Simulation of conjugate heat transfer problems using least squares finite element method
En küçük kareler sonlu eleman yöntemi kullanılarak eşlenik ısı transferi problemlerinin benzetimi
- Tez No: 313858
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. CÜNEYT SERT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Bu tez çalışmasında, en küçük kareler sonlu eleman yöntemi (EKKSEY) tabanlı bir eşlenik ısı transferi çözücüsü geliştirilmiştir. Bahsedilen çözücüde, akış ve ısı transferi hesaplamaları ayrı ayrı yapılmıştır. Bu, akışkan çözücü kısmında hesaplanan hız değerlerinin, ısı transferi çözücüsündeki enerji denkleminin taşınım kısmında kullanılması manasına gelmektedir. Akışkan çözümlerinde sıkıştırılamayan Navier-Stokes denklemleri kullanılmaktadır. Eşlenik ısı transferi çözümlerinde, hem katı hem de sıvı kısımlar için ısı transferinin hesaplanması gerekmektedir. Bu çalışmada, eşlenik davranış sıkı bağlı bir şekilde modellenmiştir. Yani, enerji denklemi sıvı ve katı kısımlar için aynı anda çözülmüş ve sıvı-katı arayüzü için ayrıca sınır koşulları tanımlanmamıştır. Geliştirilen çözücünün düzgün bir şekilde çalıştığından emin olabilmek için; kapakla hareket ettirilen kavite akışı problemi, geriye dönük basamak akışı problemi ve ısıyla hareket ettirilen kavite akışı probleminin üç boyutta benzetimleri yapılmış ve bulgular literatürde bulunan verilerle örtüşmüştür. Çözücüyü daha da doğrulamak için, eşlenik ısı transferi içeren iki boyutlu Couette akışı ve ısı ile hareket ettirilen kavite akışı modellenmiştir. Son olarak, bir mikrokanal eşlenik ısı transferi probleminin benzetimi yapılmıştır. Mikrokanal probleminin akış çözümünde kütlenin korunumu sağlanamamıştır. EKKSEY'in özellikle yüksek açıklık oranına sahip kanallarda kütle korunumuyla alakalı problemleri olduğu bilindiğinden, bu tarz bir problemle karşılaşmak zaten beklenmektedir. Belirtilen problemi aşmak için, süreklilik denkleminin ağırlığı, bir katsayıyla çarpılarak artırılmıştır. Ağırlık artırma mikrokanal problemi için işe yaramış ve kütle korunumu sıkıntısı giderilmiştir. Mikrokanal problemi için elde edilen sonuçlar, daha önce yapılan deneysel ve sayısal çalışmalarla örtüşmektedir.Çözücüyle yapılan ilk hesaplamalarda; iki boyutta dört yüzlü ve üçgen elemanlar, üç boyutta ise altı yüzlü ve dört yüzlü (üçgen piramit) elemanlar kullanılmıştır. Fakat, iki boyutta sadece dört yüzlü, üç boyutta ise sadece altı yüzlü elemanlar tatmin edici sonuçlar verdiğinden, yukarıda bahsedilen tüm benzetimlerde bu elemanlar kullanılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, a least-squares finite element method (LSFEM) based conjugate heat transfer solver was developed. In the mentioned solver, fluid flow and heat transfer computations were performed separately. This means that the calculated velocity values in the flow calculation part were exported to the heat transfer part to be used in the convective part of the energy equation. Incompressible Navier-Stokes equations were used in the flow simulations. In conjugate heat transfer computations, it is required to calculate the heat transfer in both flow field and solid region. In this study, conjugate behavior was accomplished in a fully coupled manner, i.e., energy equation for fluid and solid regions was solved simultaneously and no boundary conditions were defined on the fluid-solid interface. To assure that the developed solver works properly, lid driven cavity flow, backward facing step flow and thermally driven cavity flow problems were simulated in three dimensions and the findings compared well with the available data from the literature. Couette flow and thermally driven cavity flow with conjugate heat transfer in two dimensions were modeled to further validate the solver. Finally, a microchannel conjugate heat transfer problem was simulated. In the flow solution part of the microchannel problem, conservation of mass was not achieved. This problem was expected since the LSFEM has problems related to mass conservation especially in high aspect ratio channels. In order to overcome the mentioned problem, weight of continuity equation was increased by multiplying it with a constant. Weighting worked for the microchannel problem and the mass conservation issue was resolved. Obtained results for microchannel heat transfer problem were in good agreement in general with the previous experimental and numerical works.In the first computations with the solver; quadrilateral and triangular elements for two dimensional problems, hexagonal and tetrahedron elements for three dimensional problems were tried. However, since only the quadrilateral and hexagonal elements gave satisfactory results, they were used in all the above mentioned simulations.
Benzer Tezler
- Thermal hydraulic analysis of molten core material contained within lower head of pwr pressure vessel
Bir basınçlı su reaktörünün alt reaktör kabında ergimiş kalp malzemesinin termo hidrolik analizi
ALİ LİAQAT
- Numerical simulation of 2-D laminar flow heat generation and forced convection from rectangular blocks in a narrow channel
Dar bir kanal içinde dikdörtgen bloklar etrafında laminer akış, ısı üretimi ve zorlanmış taşımanın 2 boyutlu benzeşimi
İBRAHİM ÖZKOL
- Investigating conjugate heat transfer in a square cylinder via Lattice boltzmann method
Lattice boltzmann yaklaşımıyla kare silindirde birleşik ısı transferinin incelenmesi
AANIF HUSSAIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAYRAM ÇELİK
- Tornalama işlemi için kendinden soğutuculu akıllı kesici takım tasarımı imalatı ve performansının analizi
Design manufacturing and performance analysis of internally cooled smart cutting tool for turning
ERKAN ÖZTÜRK
Doktora
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KEMAL YILDIZLI
- Mikro gaz türbin kanatlarında efüzyon soğutma için analizler yapılması ve indirgenmiş model geliştirilmesi
Development of reduced order model and simulations for effusion cooling of mikro gas turbine blades
SÜLEYMAN FATİH KIRMIZIGÖL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERCAN ACARER