Experimental investigation of elliptical jet flow at far field
Eliptik jet akışlarının uzak alanda deneysel incelenmesi
- Tez No: 864916
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ DUYGU ERDEM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Uçak Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Bir çıkış kesidinden momentumla çıkarak, herhangi bir şekilde kısıtlanmadan yoluna devam eden ve bu şekilde“kayma gerilmesinden muaf akışlar”tasnifinin içinde yer alan jet akışları, hem mühendislik uygulamalarında hem günlük hayatta birçok kullanım alanına sahiptir. Jet akışları, nozülünden çıkan akışına daha verimli bir iz alanı oluşturmak için yönünü değiştiren itki yönlendirebilen nozül sistemlerinden, belirli bir momentumla hortumdan çıkan akışa kadar gündelik hayatın her yerinde kendine ait bir yer edinmiştir. Mühendisliğin doğal bir sonucu olarak ise, kullanılan herhangi bir sistemin ideale ve maksimum performansa yakın olmasını sağlamak bilim dünyasının bir görevidir. Bu kapsamda jet akışlarının performansını arttırmak için literatürde sayısız çalışma yapılmış ve bazı parametrelerin diğerlerine kıyasla çok daha baskın etkiler yarattığı belirlenmiştir. Bu etkiler, jet akışının momentumla çıkış yaptığı yapının geometrik özellikleri, kullanılan çıkış kesidinin sayısı, akışın geçiş yaptığı alanın akış özellikleri ve bir kesitten çıkış yapan akışın kendi özellikleri olarak vurgulanabilir. Tüm bu çalışmaların nihai hedefi, kullanılacak jet akışı sisteminin olabileceği en iyi versiyonunun kullanılarak, mühendisliğin misyonlarından biri olan olabilecek en düşük maliyete maksimum faydayı sağlamak olacaktır. Bu çalışmanın temelleri, literatür araştırılması sırasında literatürde çokça çalışılan bir konunun dikkat çekmesi üzerine atılmıştır. Literatürdeki birçok çalışmada, çıkış kesidinin geometrik çeşitliliğinin jet akışları üzerinde büyük etkileri olduğu gözlemlenmiştir. Özellikle, eksenel simetrik cisimler olarak nitelendirilebilecek ve matematiksel olarak açıklık oranları 1'den farklı olan cisimlerin (elips, dikdörtgen vs.) çıkış kesidi olarak kullanıldığı durumlarda, kare ve daire gibi simetrik cisimlere kıyasla türbülans değerlerinin daha yüksek olduğu açığa çıkmıştır. Türbülans değerlerinin daha yüksek olması, jet akışlarının mühendislik uygulamalarında kullanılmasının en önemli sebeplerinden bir tanesidir. Jet akışlarından çıkan akışın karışım ve yayılma özellikleri, yakıt karışımı gibi bir girdi verildikten sonra çıktı süresinin çok hızlı olması gereken durumlarda verimli bir mühendislik çözümü olmuştur. Bu kapsamda, açıklık oranı 1'den farklı olan ve çalışmanın tümünde çıkış kesidi olarak kullanılacak olan elips seçilmiştir. Çıkış kesidinin seçilmesinin ardından deneyin hangi parametrelerin değiştirilerek performans analizi yapması gerektiği üzerine çalışılmıştır. Bu bağlamda jet akışının çıkış yaptığı kesit sayısı parametrelerden birincisi olarak seçilmiş ve tekli/ikiz jet akışları konu başlıklarından biri olmuştur. Bununla birlikte, literatürde en çok tartışılan konulardan biri de nozüller ve keskin kenarlı orifisler arasındaki farklar olmuştur. Özellikle nozüllerin çok fazla alan kapsaması ve üretim maliyetleri, bu tarz çözümlere ihtiyaç duyan araştırmacıları daha az maliyetle üretilebilecek çözüm arayışlarına sürüklemiştir. Keskin kenarlı orifisler, nozülün sunduğu daralma/genişleme özelliğini sunmadan akışı direkt kesitten çıkarabilen yapılardır. Özellikle türbülans özelliklerinin keskin kenarlı orifislerde daha şiddetli gözlemlendiği çalışmalar, tezin bu bağlamı da kapsamı içine alma sürecini hızlandırmıştır. Sonuç olarak, tezin araştıracağı iki parametre, eliptik çıkış kesidi sayısı ve eliptik çıkış kesidinin şekli olmuştur. Deneylerde kullanılacak parametrelerin belirlenmesinin ardından konu hakkındaki araştırmalar yapılmış ve ardından deney düzeneğinin oluşturulması aşamasına gelinmiştir. İstanbul Teknik Üniversitesi Trisonik Akış Laboratuvarı, bu deneylere ev sahipliği yapmıştır. Söz konusu çalışma, bu laboratuvarın jet ünitesinde gerçekleştirilmek istenmiş fakat bundan bir önceki çalışmanın konusu çarpan jet akışları olduğundan, deney düzeneğinde belli değişiklikler yapılması gerekmiştir. Örneğin, çarpan jet akışlarının bir plakaya çarptığı senaryo mevcutken, serbest jet akışı için akışın çıkış yaptığı alan 90 derece döndürülerek serbest akıma geçiş yapması sağlanmıştır. Tüm bu değişiklikler, deney düzeneğinin bundan önceki valide edilmiş versiyonunu teyide muhtaç kılmış ve tekrardan bir validasyon çalışmasının yürütülmesi gerekmiştir. Bu bağlamda literatürden atıf puanı yüksek bir makale validasyon için seçilmiştir. Söz konusu makalede anlatılan nozülün tasarımı için bilgisayar yardımlı tasarım programları kullanılmıştır. Bunun ardından nozülün üretim aşaması için 3 boyutlu yazıcı kullanımı tercih edilmiştir. Nozülün, seçilen 3 boyutlu yazıcıdan çok daha büyük olmasından ötürü nozül parçalara bölünerek üretilmiştir. Nozülün birleştirilme aşaması vidalar ve kuvvetli yapıştırıcılar kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sonrasında birleştirilen ve kullanıma hazır olan nozül sistemle entegre edilmiştir. Nozülün hem ortalama sonuçları hem de türbülanslı akış sonuçları makaledekine kıyasla kabul edilebilir toleransta çıktıktan sonra, hem tekli eliptik çıkışa sahip eliptik orifis, hem de ikiz eliptik çıkışa sahip eliptik orifis tabakaların üretim sürecine başlanmıştır. Boyut olarak nozüllere kıyasla çok daha küçük olan orifis tabakaları, nozüllere kıyasla hem zaman hem de üretim maliyetlerini azaltmıştır. Hem tekli keside sahip orifis tabakasının hem de ikiz keside sahip orifis tabakasının üretiminin ve deneylerinin tamamlanmasının ardından, deney sonuçları işlenmeye başlanmış ve nozül, tekli orifis ve ikiz orifis arasında performans kıyaslamaları yapılmaya başlanmıştır. Merkezden geçen akışlar konusunda, orifislerin nozüllere kıyasla keskin kenarlı olmalarının bir avantajı ortaya çıkmıştır. Bu avantaj, orifislerin hızlarının çıkış kesidinden kısa bir süre sonra çıkış hızından da yüksek seviyelere ulaşmalarıdır, bu durum da türbülanslı karışım özelliklerini olumlu olarak etkilemektedir. Çoklu orifiste ise, birleşme noktası adı verilen oluşumda iki jet akışının birbirleriyle çarpışması, hem türbülanslı karşımım özelliklerini hem de enine yayılma özelliklerini oldukça geliştirmiştir. Türbülanslı çalkantı hızları ölçüldüğünde, akışın çıkış yaptığı kesit sayısı arttıkça akışın türbülans enerjisini daha çabuk tüketerek daha hızlı bir dinginleşme sürecine girdiğini göstermiştir. Bu kapsamda tekli orifis de, tekli nozül akışına kıyasla baskın kalmıştır. Çalışmanın sonucu olarak, keskin kenarlı orifis kesitlerin nozüllere göre tercih edildiği ve çıkış kesidi bir keside kıyasla iki keside çıkarıldığı durumların, türbülanslı akışın önemli parametreleri olan karışım ve yayılma özelliklerini arttıracağı vurgulanmıştır. Bu çıktılar, mühendislik uygulamaları açısından bir trade-off senaryosu yaratmıştır. nozüller tarafından sağlanan yapısal bütünlük ve daha yüksek yoğunluklu akışa dayanma kabiliyeti, nozüllerin tercih edilme faktörlerindendir. Ancak nozüllerin üretimi zordur ve orifislere göre çok daha fazla yer kaplar. Öte yandan, orifisler çıkış kesidine yakın alanlarda çok daha yüksek karıştırma ve sürükleme özellikleri sağlayabilir. Karıştırma ve yayılma özelliklerinin çıkış kesidi sayısı 2'ye çıktıkça daha da arttığı gözlemlenmiştir. Ancak, orifislerin kullanımı ve orifis sayısının artırılması, kullanılan mühendislik sisteminin yapısal bütünlüğünü nozül kadar iyileştirmeyecektir.
Özet (Çeviri)
Free jet flows, which emerge from a given solid body and continue on their way without being constrained and thus fall into the classification of“free shear flows,”have many applications in engineering studies. In engineering applications, free jet flows have ranged from nozzle systems that can direct thrust to change the direction of the flow exiting the nozzle to create a more efficient wake area to the flow exiting a hose with some momentum. As a natural consequence of engineering, it is the task of science to ensure that any system used is close to the ideal and maximum performance. In this context, numerous studies have been carried out in the literature to improve the performance of free jet flows, and it has been found that some parameters have much more dominant effects than others. These effects can be highlighted as the geometric characteristics of the structure from which the jet flow exits with momentum, the number of outlet sections used, the flow characteristics of the area through which the flow passes, and the characteristics of the flow itself exiting from an outlet section. The ultimate goal of all these studies is to find the best possible version of the free jet flow system to be used and to provide maximum benefit at the lowest possible cost, which is one of the engineering missions. This study selected an orifice geometry with an aspect ratio different from 1, and performance measurements were performed using different parameters. These parameters were determined by examining the effect of sharp-edged orifice and nozzle geometries on flow performance and the number of outlet sections. Three different sets of experiments (validation nozzle, single orifice, and twin orifice) were prepared, and the results were presented in mean and turbulent velocities. Velocity measurements were made using a hot-wire anemometer and a 2D x-probe. The study emphasized that sharp-edged orifice sections should be preferred to nozzles and that the outlet section should be increased from one to two sections. This will increase the mixing and entrainment properties, which are important parameters of turbulent flow.
Benzer Tezler
- Farklı jet ve çarpma plakası özelliklerinde çarpmalı akışkan jetlerinin ısı transferi ve akışının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of heat transfer from rib-roughened surfaces with different impinging jets
SİNAN ÇALIŞKAN
Doktora
Türkçe
2012
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞENOL BAŞKAYA
- Çarpan akışkan jetleri kullanılarak elektronik elemanların soğutulmasının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of electronics equipment cooling with impinging jets
MEHMET FEVZİ KÖSEOĞLU
- Computational analysis of external store carriage in transonic speed regime
Harici yük taşımanın transonik sürat bölgesinde hesaplamalı analizi
İ. CENKER ASLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYDIN MISIRLIOĞLU
PROF. DR. OKTAY BAYSAL
- Farklı jet geometrili dikdörtgen kesitli kanallarda ısı transferinin termokromik sıvı kristal metodu ile deneysel incelenmesi
Experimental investigation of heat transfer in rectangular section channels with different jet geometries by the thermochromic liquid crystal method
METİN SÖZBİR
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜNAL UYSAL
- Ev tipi bir buzdolabında elips ve dairesel borulu evaporatörün performansa etkisinin deneysel araştırılması
Experimental investigation of the effect of the evaporators with elliptical and circular cross-sectional pipes on performance in a household refrigerator
MEHMET KARATAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK DARICI