Analysis of flow in open-end pressure swirl atomizers
Açık uçlu basınç girdaplı püskürteçlerin akış analizi
- Tez No: 930262
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGÜR ERTUNÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Özyeğin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 90
Özet
Bu çalışmada, yüksek çözünürlüklü 3D ve 2D eksenel simetrik açık uçlu basınç girdaplı püskürtücü (PSA) CFD simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Düşük Reynolds sayısına sahip çok fazlı sıvı akışı, VOF yöntemi ve sıkıştırılamaz Navier-Stokes denklemlerinin ikinci mertebe doğru doğrudan çözümü (Quasi-DNS) kullanılarak modellenmiştir. Çalışma, PSA'nın giriş ve daralma etkileri olmadan iç akış karakteristiklerini incelemeyi amaçlamaktadır. Çünkü PSA'da dönen sıvı film akışı, sınırlı sayıda teğetsel giriş portu ile oluşturulmaktadır. Bu portlar, sıvı filmdeki akış kararsızlıklarının önde gelen nedenlerinden biridir. Bu kararsızlıklar, PSA'da püskürtme düzensizliklerine neden olmaktadır. Bu etkileri ortadan kaldırmak için, 3D simülasyonlarda sürekli halka benzeri eksenel simetrik giriş yüzeyi ve eksenel giriş yüzeyi, sıvı filmin teğetsel ve eksenel hız profilleri ile VOF profili kullanılmıştır. VOF ve hız profilleri, halka benzeri giriş PSA simülasyonlarının dönen sıvı filminden elde edilmiştir. Halka benzeri giriş simülasyonlarında, sıvı film içinde Görtler vorteksleri saptanmıştır. Bu vortekslerin kararsızlık kaynağının, giriş yakınındaki akış kopması olduğu tespit edilmiştir. Giriş kopması olmaksızın Görtler vortekslerinin gelişimi, 3D eksenel giriş PSA simülasyonlarında incelenmiştir. Görtler vortekslerinin, herhangi bir kararsızlık kaynağı olmaksızın kendiliğinden başladığı sonucuna varılmıştır. Dönen sıvı filmdeki Görtler sayısı hesaplanmış ve elde edilen sonuçlar literatür ile karşılaştırılmıştır. Görtler sayısı, iki fazlı dönen film akışına uygun hale getirilerek değiştirilmiştir. Daha sonra, Görtler vortekslerinin sıvı film ve püskürtme üzerindeki etkisi incelenmiştir. PSA çıkışındaki sıvı filmin hız profillerinin gelişimi, 2D eksenel simetrik simülasyonlarla karşılaştırılmıştır. Görtler vortekslerinin filmde doğrusal bir hız profili oluşturduğu ancak PSA'nın performans parametrelerini etkilemediği gözlemlenmiştir. 2D eksenel simetrik simülasyonların basınç düşüşü, film kalınlığı ve püskürtme açısı sonuçlarının, 3D simülasyonlarla neredeyse aynı olduğu öngörülmüştür. Bu sonuçlar kapsamında, PSA için yeni bir kanat tipi giriş tasarlanmıştır. Bu giriş tipi kullanılarak girişte düzgün akış sağlanmıştır. Bu sayede PSA girdaplı püskürtücü, 3D simülasyonlara kıyasla çok daha hızlı olan 2D eksenel simetrik simülasyonlarla doğru bir şekilde tasarlanabilir. Kanat tipi giriş PSA'nın performansını incelemek için deneysel bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçları, 3D ve 2D eksenel simetrik simülasyonlarla karşılaştırılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, high-fidelity 3D and 2D axisymmetric open-end pressure swirl atomizer CFD simulations were performed. The low Reynolds number multiphase liquid flow is captured with the VOF method and second-order accurate direct solution of the incompressible Navier-Stokes equations (Quasi-DNS). The study aims to investigate the internal flow characteristics of PSA without inlet and contraction effects. Because in PSA, swirling liquid film flow is generated with a finite number of tangential inlet ports. These ports generate jet flows, which are one of the leading reasons for flow instabilities in liquid film. These instabilities are the results of spray non-uniformity in PSA. To remove these effects, continuous ring-like axisymmetric inlet surface and axial inlet surface with liquid film tangential, axial velocity, and VOF profile are used in 3D simulations. The VOF and velocity profiles are obtained from the swirling liquid film of ring-like inlet PSA simulations. In ring-like inlet simulations, Görtler vortices are captured within the liquid film and obtained that the instability source of these vortices is flow separation near the inlet. Development of Görtler vortices without referred instability source is examined in 3D axial inlet PSA simulations. Conclude that Görtler vortices initiate itself even without inlet separation. Görtler number is computed in the swirling liquid film to compare the results obtained with those in the literature. The Görtler number is modified which will be suitable for two-phase swirling film flow. After that, the effect of Görtler vortices on liquid film and spray is examined. The development of velocity profiles of liquid film through the exit of PSA is compared with 2D axisymmetric simulations, and Görtler vortices are observed to result in a linear velocity profile in film. However, it does not affect PSA's performance parameters. The pressure drop, film thickness, and spray angle of 2D axisymmetric simulations are predicted to be almost the same as those of 3D simulations. In the scope of these results, a new blade-type inlet for PSA is designed. By utilizing the inlet type, uniform flow at the inlet is achieved. Due to the achievement, the PSA swirl atomizer can be accurately designed by utilizing 2D axisymmetric simulations, which are remarkably faster than 3D simulations. An experimental study was conducted to examine the performance of blade-type inlet PSA. The results of the experiments are compared with the 3D and 2D axisymmetric simulations.
Benzer Tezler
- Experimental and numerical investigation of coaxial pressure swirl injectors
Eş merkezli basınçlı girdap enjektörlerin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
ONUR BARAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ÖZYÖRÜK
- TLM16V185 tipi ağır iş dizel motoru için silindir içi akış yapısının sayısal incelenmesi
Numerical investigation of in cylinder flow structure for TLM16V185 heavy duty diesel
EMRAH AYAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI
YRD. DOÇ. DR. HASAN KÖTEN
- Radyal pompa çarkları içerisindeki üç boyutlu sürtmeli ve sürtmesiz akışın sayısal analizi
Full 3D viscous and inviscid analysis of flow in radial pump impelleri
AŞKIN KARAKAS
- Katı atıkların depolanmasında karşılaşılan geoteknik problemler
Geotechnical problems encountered in disposal of wastes
AHMET KUTAY
- Baraj dolusavak yapılarında akış karakteristiklerinin fiziksel ve sayısal analizi
Physical and numerical analysis of flow characteristics in dam spillway structures
SELMAN OĞRAŞ