Comparison of turbulence models for single and multiphase flows
Tek ve çok fazlı akışlar için türbülans modellerinin karşılaştırılması
- Tez No: 648526
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET SORGUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 69
Özet
Hidrolik mühendisliğinde, çoğu akış rejimi türbülanslıdır. Bu nedenle, türbülans mekanizmasını anlamak ve analiz etmek büyük önem taşımaktadır. Türbülans analizinde en sık kullanılan yöntemlerden biri modellemedir. Bu noktada, doğru türbülans modelini seçmek önemli bir husustur. Bu çalışma, çeşitli türbülans modellerinin performansını incelemeyi ve basınçlı boru sistemlerinde tek fazlı sıvı akışı ve sediment taşınımının türbülans mekanizmasını anlamayı amaçlamaktadır. Bu amaçla, literatürde en çok kullanılan yedi türbülans modeli karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) simülasyonları ve pürüzlü borudaki su akışı, eksantrik ve eşmerkezli iç içe iki boruda su akışı ve eksantrik iç içe iki boruda sediment taşınımının deneysel analizi kapsamlı bir biçimde sunulmaktadır. Üç boyutlu model, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yazılımı kullanılarak geliştirilmiş, deneysel veriler dikkate alınarak başlangıç ve sınır koşulları uygulanmıştır. Debi değerleri, pürüzlü boruda 16 ila 90 m3/sa, eksantrik iç içe iki boruda çeşitli sıcaklık koşullarında 6.9 ila 31.4 m3/sa, eşmerkezli iç içe iki boruda 6.1 ila 26.6 m3/sa olmak üzere ve eksantrik iç içe iki boruda sediment taşınımı için ise debi değerleri 6.1 ila 15.9 m3/sa, penetrasyon hızları 0.0013 ila 0.0101 m/s olmak üzere çok sayıda simülasyon gerçekleştirilmiştir. Türbülans modellerinin doğruluğu, İzmir Katip Çelebi Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü deney düzeneğinde yapılan deney verileri ve Sorgun [1] ve Sorgun ve Ulker'in [2] verileri kullanılarak saptanmıştır. HAD simülasyonları ve deney sonuçlarının birbirleriyle uyum içinde olduğu görülmüştür. Sonuçlardan anlaşılacağı üzere, başta RNG κ-ɛ modeli olmak üzere tüm modeller, pürüzlü boruda akış için basınç kaybını güvenilir bir şekilde tahmin edebilmektedir. Eş merkezli iç içe iki boru arasından akış için, EARSM modeli diğer türbülans modellerinden daha iyi performans göstermiştir. Eksantrik iç içe iki boru arasından akış durumunda, RNG κ-ɛ modeli düşük sıcaklıklarda iyi performans göstermektedir. Bununla beraber akışkanın sıcaklığı arttıkça tüm türbülans modellerinin basınç farkını tahmin etme performansları kötüleşmektedir. ω-Re türbülans modeli, yüksek sıcaklıklarda basınç gradyanını diğer modellerden daha iyi tahmin etmiştir. Boruda sediment taşınımı analizinde ise, tüm modellerin benzer sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Ancak, κ-ω türbülans modeli, diğer türbülans modelleriyle karşılaştırıldığında biraz daha iyi performans göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In hydraulic engineering, the majority of the flow regimes are turbulent. Therefore, understanding and analyzing the turbulence mechanism are of great importance. One of the most commonly used methods in the analysis of turbulence is modeling. Herein, choosing the correct turbulence model is an essential consideration. This study aims to examine the performance of various turbulence models and to understand the turbulence mechanism of the single-phase liquid flow and sediment transport in pressurized pipe systems. For this purpose, six turbulence models mostly used in literature are comparatively investigated. Extensive computational fluid dynamics (CFD) simulations and experimental analysis of water flow in the rough pipe, eccentric and concentric annulus and sediment transport in the eccentric annulus are presented. The three-dimensional (3D) model is developed by using the computational fluid dynamics (CFD) software, initial and boundary conditions are implemented considering experimental data. Wide range of simulations is performed for flow rates from 16 to 90 m3/h in the rough pipe, from 6.9 to 31.4 and m3/h under various temperature conditions in the eccentric annulus, from 6.1 to 26.6 m3/h in the concentric annulus and the sediment transport in the eccentric annulus for flow rates from 6.1 to 15.9 m3/h, rate of penetrations from 0.0013 to 0.0101 m/s. The accuracy of turbulent models is verified with the experiments which have been conducted at Izmir Katip Celebi University, Civil Engineering Flow Loop, and presented data by Sorgun [1] and Sorgun and Ulker [2]. Appropriate agreements are obtained between CFD simulations and experiments. It is understood from the results that all models, notably the RNG κ-ɛ model, can reliably predict the pressure loss for flow through the rough pipe. For the flow through the concentric annulus, the EARSM model outperforms the other turbulence models. Concerning the flow through the eccentric annulus, the RNG κ-ɛ model performs well at low temperatures, but with decreasing accuracy as the temperature rises. ω-Re turbulence model predicted pressure gradient better than other models at high fluid temperatures. For the sediment transport analysis in closed conduits, all models are observed to yield similar results. However, the κ-ω turbulence model shows slightly better performance when compared to other turbulence models.
Benzer Tezler
- Jet motorlarında kullanılan yakıt enjektörlerinin çok fazlı akış karakteristiklerinin incelenmesi
Investigation of multiphase flow characteristics of jet engine fuel nozzles
MUSTAFA BAL
Doktora
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAKUP ERHAN BÖKE
DOÇ. DR. ÖZGÜR ERTUNÇ
- Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile reküperatör tasarımı ve ısıl analizi
Designing recuperator and its thermal analysis with the method of computational fluid dynamics
ONUR ÖZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK
- Yalıtım malzemesi enjeksiyon süreci optimize edilmiş yeni bir buzdolabı kabini tasarımı
Designing a new refrigerator cabinet based on optimization of the insulation material injection
FIRAT AKAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLYAS BEDİİ ÖZDEMİR
- Tek ve çift pervaneli gemilerde nominal izin sayısal olarak karşılaştırılması
Numerical comparison of the nominal wake field between single and twin screw ships
ZEYNEP TACAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİN KORKUT
- Implementation of turbulence models on 2d hybrid grids using an explicit/implicit multigrid algorithm
Türbülans modellerinin iki boyutlu çok katmanlı melez çözüm ağları üzerinde açık/örtülü algoritma kullanılarak uygulanması
ALİ EMRE YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL HAKKI TUNCER