Experimental and numerical investigation of flow and temperature fields around a film cooling plate
Film soğutma plakası çevresindeki akış ve sıcaklık alanlarının deneysel ve sayısal incelemesi
- Tez No: 972065
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGE BAŞKAN PERÇİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Uçak Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmanın temel amacı, tek sıra silindirik, eğimli soğutma delikleri bulunan bir film soğutma plakası etrafındaki akış ve sıcaklık alanlarını incelemektir. Deneyler, soğutma plakasının test odasının alt duvarını oluşturduğu ve soğutma havasının deliklerden beslendiği sıcaklık kontrollü bir rüzgar tünelinde gerçekleştirilir. Ölçüm doğruluğunu ve güvenilirliğini artırmak için, akış kalitesini, soğutma havası iletimini ve optik erişimi etkileyen bileşenler yeniden tasarlanarak düzeneğe entegre edilmiştir. Rüzgar tüneli daha sonra hız ve sıcaklık homojenliği, açısallık ve türbülans yoğunluğu açısından karakterize edilir ve tünel literatürde mevcut verilerle doğrulanır. Ana akışta gelişen bir sınır tabakasına sahip akışla gerçekleştirilen bu çalışmanın deneysel sonuçları ile sınır tabakası etkilerinin en aza indirildiği literatür verileri arasındaki karşılaştırma, sınır tabakasının plakanın soğutma etkinliğini önemli ölçüde etkilediğini ortaya koymaktadır. Güçlü bir sınır tabakasının varlığında akış davranışını ve jet-ana akış etkileşimini daha iyi anlamak için üç boyutlu HAD simülasyonları gerçekleştirilir. Sonuçlar, önemli bir sınır tabakasının olduğu durumlarda ana akışın düşük momentumu nedeniyle soğutma havasının ana akışa daha fazla nüfuz ettiğini ve soğutma etkinliğini azalttığını göstermektedir. Bu koşullar altında, geleneksel hız oranı yetersizdir ve bu da yeni bir tanımın önerilmesini motive etmektedir. Bu yeni tanımı kullanıldığında elde edilen sonuçlar literatürden seçilen bir çalışmayla iyi bir şekilde örtüşmektedir. Film soğutmalı plakanın soğutma etkinliği daha sonra bir dizi yoğunluk, hız, kütle akısı ve momentum akısı oranları üzerinden ölçülmektedir. Ayrıca, açık V şeklindeki girdap üretecinin etkisi araştırılmış ve girdap üretecinin soğutma deliklerinin akış aşağısına yerleştirilmesinin soğutma havasının yüzeye tutunmasını artırdığı ve yüksek üfleme oranlarında soğutma etkinliğini iyileştirdiği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
The main purpose of this study is to investigate the flow and temperature fields around a film cooling plate with a single-row of cylindrical, inclined cooling holes. The experiments are performed in a temperature-controlled wind tunnel where the cooling plate forms the bottom wall of the test section and the coolant is introduced through the holes. To improve measurement accuracy and reliability, components affecting flow quality, coolant delivery, and optical access are redesigned and integrated into the facility. The wind tunnel is then characterized in terms of velocity and temperature uniformity, angularity, and turbulence intensity and the setup is validated against the data available in the literature. The comparison between the experimental results of this study—conducted with a developed boundary layer in the main flow—and literature data, where boundary layer effects are minimized, reveals that the boundary layer significantly influences the cooling effectiveness of the plate. To better understand the flow behavior and the jet-main flow interaction in the presence of a strong boundary layer, three-dimensional CFD simulations are performed. The results shows that due to the low-momentum of the main flow for the cases where there is a significant boundary layer, the coolant jet penetrates more into the main flow, decreasing the cooling effectiveness. Under these conditions, the conventional velocity ratio is inadequate, motivating the proposal of a novel definition. Using this new definition, the results align well with a selected benchmark case from the literature. The cooling effectiveness of the film-cooled plate is then measured over a range of density, velocity, mass flux, and momentum flux ratios. In addition, the effect of an open V-shaped vortex generator is investigated, showing that placing the vortex generator downstream of the cooling holes enhances coolant attachment and improves cooling effectiveness at high blowing ratios.
Benzer Tezler
- Farklı geometrilerin buz oluşumunda zorlanmış akış önündeki karakteristiklerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of different geometry characteristics on the forced convective flow for making ice cubes
GÖKMEN PEKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFULLAH KUDDUSİ
- Ev tipi buzdolabında buz oluşumunun sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Numerical and experimental investigation of ice formation in a household refrigerator
AHMET UÇAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI
- The design, development and analysis of a hybrid household refrigerator combining thermoelectric and vapour compression cooling systems
Termoelektrik ve buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerinden oluşan hibrid ev tipi buzdolabının dizaynı, geliştirilmesi ve analizi
ENGİN SÖYLEMEZ
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE ALPMAN
DOÇ. DR. AYHAN ONAT
- Ev tipi ürünlere entegre ısı pompalı atmosferik su jeneratörü tasarımı
Household appliance integrated heat pump atmospheric water generator design
SERKAN SOLMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI
- Koruge yüzeyli düz esnek metal hortumlarda basınç düşümü ve ısı transferinin araştırılması
Investigation of pressure drop and heat transfer in straight flexible metal hoses with corrugated surface
ZEYNEP MERVE ALPARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN GÜNEŞ