Nonplanar slip boundary conditions in rarefied gas flows
Seyreltilmiş gaz akışları için eğrisel yüzeylerde kayma sınır koşulları
- Tez No: 323827
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KAMİL ORUÇOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Matematik, Mathematics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Matematik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 174
Özet
Mikro-akışlar, makro ölçekteki akışlardan önemli ölçüde farklıdır. Mikro-akışlarda, yüzey-hacim oranı yüksektir ve akışkan-yüzey etkileşimleri önem kazanmaktadır. Bu çalışmada, mikro gaz akışlarında eğrisel yüzeyler için sınır koşullarının belirlenmesi için, gazların kinetik teorisi, Boltzmann denklemi, Botzmann denkleminin iki farklı yöntemle sayısal çözümü ile bu denklemin sınır koşulları hem analitik modeller hem de sayısal çözüm için incelendi. Boltzmann denklemi doğrudan benzetim Monte Carlo metodu ile sayısal çözüldü, ve sınır koşullarının bu benzetim metodunda uygulanması ayrıntılı bir biçimde anlatıldı. Diğer bir Boltzmann denklemini sayısal çözme yöntemi olan ayrık hızlar metodu kullanıldı. Navier-Stokes denkleminin çıkartılışındaki varsayımlar incelendi; gerilme ve ısı transfer terimlerinin yüzey etkilerinden dolayı mikro-akışlarda geçersiz olduğu sonucuna varıldı. Kaynaklarda daha önce önerilmiş kayma sınır koşulları listelendi ve eğrisel yüzeyler için yüksek-mertebe sınır koşulu tanıtıldı. Salınım yapan ve aniden harekete başlayan eğrisel yüzey üzerinde zamana bağlı gaz hareketi incelendi. Sonuçlar açıkça eğrilik etkilerinin erken geçiş rejiminde önemli bir rol oynadığını, ve eğrilik ile kayma modellerinin doğruluğunun azaldığını ortaya koydu. Ayrıca sonuçlar dışbükey yüzey üzerinde S sınır tabakasının varlığını gösterdi. İki silindir arasına yerleştirilmiş ince kabuk üzerinde gaz davranışı incelendi ve yüzeyin içbükey veya dışbükey olmasının akış üzerindeki etkileri gösterildi. Knudsen sınır tabakasının oluşumunda gaz tarafından yüzeye uygulanan gerilmenin etkili olduğu sonucu elde edildi. Yüzey geometrisinin değişmesi ile yüzey gerilmesi değiştiğinden, yüzey geometrisinin Knudsen sınır tabakasının oluşmasında ve gaz davranışı üzerinde önemli etkileri olduğu görüldü. Ayrıca S sınır tabaksının dışbükey yüzeylerde beklenenden çok daha fazla gaz davranışında etkili olduğu gösterildi.Eğrisel yüzeylerde yüzey kayma miktarları da incelendi. Yüzeyin içbükey ve dışbükey olmasının ve yüzey eğriliğinin kayma miktarı üzerindeki etkileri araştırıldı. Yüzey kaymalarının bulunması için yeni formüller önerildi ve doğrudan Monte Carlo benzetim metodunun sonuçları ile karşılaştırıldı. Önerilen formüllerin doğruluğu içbükey ve dışbükey yüzeyler için gösterildi. Ayrıca kayma formülleri kullanılarak ilginç bir mikro-akış davranışı olan hız yön değiştirmesi incelendi.
Özet (Çeviri)
In the present study, the kinetic theory of gases, numerical solution of the Boltzmann equation and its boundary conditions in bounded domains have been investigated. Higher-order velocity-slip Navier-Stokes continuum description and a direct simulation Monte Carlo (DSMC) approach have been employed to address important issues related to the degree of boundary slip over curved surfaces. The Boltzmann equation has also been solved numerically using the discrete velocity method. The present study demonstrates the influence of the surface shape (i.e. convex/concave) on the velocity slip and formation of the Knudsen layer. The study considers a number of flow cases and examines the curvature effects over the convex and concave surfaces. The results reveal that the degree of slip depends effectively on the surface shape (i.e. convex/concave), with the surface curvature having an opposing effect on the boundary slip over moving concave and convex surfaces. The results also show that as surface curvature increases, the boundary slip becomes negligible over a concave surface while it becomes increasingly important over a convex surface. In addition, novel boundary slip formulae are proposed that can accurately predict the tangential velocities and boundary slips over convex and concave surfaces. These formulae are found to be in very good agreement with DSMC data for a range of accommodation coefficients and boundary curvatures. Using the corrected slip velocities at the inner and outer cylinders, the present study then reassesses the mechanism of the intriguing phenomenon of velocity inversion which has, until the present results, often been mistakenly attributed solely to the effects of boundary curvature.The study also considers the accuracy of the velocity-slip boundary conditions and demonstrates that the effects of the Knudsen layer cannot explain why slip models perform poorly for nonplanar flow cases in comparison to the equivalent planar case; nor can the presence of Knudsen layers explain why slip models show larger discrepancies over convex surfaces. Instead, the study highlights the profound influence of the S-layer over convex surfaces in the accuracy of slip models. Results reveal that there is a simple relationship between the shear stress exerted on the surface and the velocity defect in the Knudsen layer.
Benzer Tezler
- Dynamic earthquake rupture simulations in the Sea of Marmara
Marmara Denizi'nde dinamik deprem kirilmasi simülasyonlari
YASEMİN KORKUSUZ ÖZTÜRK
Doktora
İngilizce
2019
Jeofizik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiJeofizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ ÖZGÜN KONCA
PROF. DR. NURCAN MERAL ÖZEL
- Düzlemsel olmayan boşluklu deprem perdelerinin analizi
Analysis of nonplanar coupled shear walls
NESİM YANDIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
İnşaat MühendisliğiÇukurova Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ORHAN AKSOĞAN
- Design and synthesis of push–pull chromophores: Effects of conjugation types on the optoelectronic properties
Başlık çevirisi yok
ÇAĞATAY DENGİZ
Doktora
İngilizce
2015
Kimya MühendisliğiEidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH)Prof. Dr. FRANÇOIS DIEDERICH
- Digital terrain model extraction from high-resolution point clouds by using a multi-resolution planarity-based approach
Yüksek çözünürlüklü nokta bulutlarından çoklu çözünürlüklü düzlemsellik tabanlı yaklaşım kullanarak dijital arazi modeli çıkarımı
YASİN KOÇAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Jeodezi ve FotogrametriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiJeodezi ve Coğrafi Bilgi Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UĞUR MURAT LELOĞLU
- Application of Nyström method for the solution of time domain electric field integral equation
Zaman uzamında elektrik alan tümlevsel denkleminin çözümü için Nyström yönteminin uygulanması
GÖKHUN SELÇUK
Doktora
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. SEYİT SENCER KOÇ