Investigation of flow structures at household devices by data assimilation of optical flow diagnostics
Ev tipi cihazlarda akış yapılarının optik akış tanılama veri asimilasyonu ile incelenmesi
- Tez No: 906587
- Danışmanlar: PROF. DR. DİLEK KUMLUTAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
Bu tez kapsamında, split klima, kombi ve hava temizleme cihazının hacimsel sıcaklık ve hız dağılımları Stereo Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçümü (SPGHÖ) ve Ağ Yapılı Kızılötesi Sıcaklık Ölçümü (AYKSÖ) yöntemleri ile elde edilmiştir. Deneysel olarak elde edilen hacimsel akış yapıları tez kapsamında geliştirilen veri asimilasyonu yöntemi kullanılarak sayısal çalışmalara sınır koşulu olarak tanımlanmıştır. Yöntem, literatürden farklı olarak deneylerden elde edilen hacimsel verilerin sınır koşulu olmasını sağladığı için sayısal çalışmaların yüksek doğruluğa sahip olmasına olanak sağlamıştır. Tez kapsamında, split klima iç ünitesinin üfleme bölgesindeki üç boyutlu hız dağılımı SPGHÖ ile sıcaklık dağılımı ise AYKSÖ yöntemi ile belirlenmiştir. Bu deneysel ölçümlerden elde edilen veriler, zamana bağlı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) modeli için gerçekçi bir sınır koşulu oluşturmak üzere asimile edilmiştir. Geliştirilen veri asimilasyonu yaklaşımı (%3,13 ortalama hata) sayesinde, geleneksel yaklaşımlara (%13,9 ortalama hata) oranla daha doğru sayısal analiz sonuçları elde edildiği görülmektedir. Tez çalışmalarında incelenen 24 kW kombi fan-brülör sisteminin kapsamlı analizi için brülör giriş bölgesinin doğru modellenmesi kritik öneme sahiptir. Bu modelleme genel performans ve emisyon sonuçlarını direk olarak etkilemektedir. Bu sebeple kapak kullanılan ve kullanılmayan brülör giriş bölgesinin SPGHÖ deneyleri gerçekleştirilerek hacimsel akış yapısı elde edilmiştir. Ayrıca SPGHÖ deneylerinde uzaysal çözünürlüğün deney sonuçları ve veri asimilasyonu ile sayısal analiz üzerindeki etkisi ortaya konmuştur. Literatüre katkı olarak, veri asimilasyonu yönteminin uygulanması ile deneysel verilerle sayısal sonuçlar arasındaki hata payı yaklaşık olarak %24'lerden %4'e kadar düşürülmüştür. Ev tipi hava temizleme cihazının üfleme ve emiş bölgelerinin hacimsel akış yapıları SPGHÖ yöntemi ile elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar filtre yüzeyinden geçen havanın homojen olmadığı ve dolayısıyla sayısal çalışmalarda sabit debi veya hız gibi tanımlamaların hatalı olacağını ortaya koymuştur. Elde edilen hacimsel veriler HAD analizlerine sınır koşulu olarak veri asimilasyonu yöntemi ile tanımlanmış ve %1 gibi hata payı ile analizler doğrulanmıştır. Literatüre yeni bir katkı olarak tez kapsamında geliştirilen hacimsel optik akış tanılama kullanan veri asimilasyon yöntemi, akış yapılarının incelenmesi için bir yaklaşım olarak ön plana çıkarak, daha gerçekçi ve doğru HAD analizleri için önemli bir potansiyele sahiptir. Bu kapsamda, yöntem akışkanlar dinamiği incelemelerinde, akademik ve pratik mühendislik çevrelerinde etki yaratarak geniş bir uygulanabilir alan yaratmıştır.
Özet (Çeviri)
The thesis examines the volumetric temperature and velocity distributions of split air conditioners (SAC), combi boilers, and air purifiers using Stereo Particle Imaging Velocimetry (SPIV) and Meshed Infrared Thermography (MIT) methods. The experimental volumetric flow structures serve as boundary conditions for numerical studies, using from a new data assimilation method developed in this thesis. This novel approach ensures highly accurate numerical studies, as it utilizes experimental volumetric data as boundary conditions, a departure from conventional literature methods. In this thesis, the volumetric velocity distribution in the outlet section of the SAC indoor unit was measured using SPIV, while the temperature distribution was determined using the MIT method. The data obtained from these experimental measurements were assimilated to establish a realistic boundary condition for the time-dependent Computational Fluid Dynamics (CFD) model. The developed data assimilation approach in this thesis resulted in more accurate numerical analysis, with only a 3.13% average error, in contrast to the conventional approaches that yielded a 13.9% average error. In order to conduct a thorough analysis of a 24 kW combi boiler fan-burner system in the thesis studies, it is imperative to accurately model the burner inlet section. This modeling directly impacts the system's overall performance and emission results. SPIV experiments were conducted to obtain the volumetric flow structure of the burner inlet region with and without a cover. Furthermore, the impact of spatial resolution in SPIV experiments on both the experimental results and numerical analysis using data assimilation method were illustrated. Through the application of the data assimilation method as a novel contribution to the literature, the margin of error between experimental data and numerical results were reduced from 24% to 4% approximately. The SPIV method was used to analyze the volumetric flow structures of the blowing and suction zones of the household air purifier. The results revealed that the airflow through the filter surface is non-uniform. Consequently, assumptions of constant flow rate or homogeneous velocity in numerical studies would be inaccurate. The volumetric data obtained were utilized as a boundary condition for CFD analyses through data assimilation method. The analyses were validated with an error margin of 1%. As a novel contribution of the literature, the data assimilation method employing volumetric optical flow diagnostics, developed as part of this thesis, holds considerable promise for enhancing the realism and accuracy of CFD analyses. This approach has emerged as a valuable tool for investigating flow structures, significantly expanding its applicability in the field of fluid dynamics studies and leaving a lasting impact on both academic research and practical engineering applications.
Benzer Tezler
- Çift fazlı sprey akışlarının incelenmesi
Investigation of the two phase spray flow
CANER GERMİYANLIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU
- Hermetik kompresörlerde kullanılan elektrik motorlarının kompresör içi ısı geçişi açısından deneysel ve analitik olarak incelenmesi
Experimental and analytical investigation of induction motors' effects on performance of hermetic reciprocating compressor
HAŞİM OTUNÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN GÜNEŞ
- Kapalı bir kabin içerisinde düz kanatlı borulu ısı değiştiricilerin ısıl performanslarının deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Experimental and theoretical investigation of straight fin and tube heat exchangers thermal performances in a closed cabin
ÖMER ALP ATİCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI
- Çamaşır makinesinde sıkma veriminin incelenmesi
Investigation of squeezing efficiency at washing machine
MEHMET MUSTAFA KEMAL TOZYILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ PINARBAŞI