Geri basamak geometrisinde akış ve ısı transferi karakteristikleri üzerine etki eden parametrelerin farklı deney tasarımı yöntemleri ile araştırılması
Investigation of effects of parameters on flow and heat transfer characteristics in backward facing step flow geometry with different design of experiment methods
Yazar: MURAT ATEŞ
Danışman: PROF. DR. ERHAN PULAT
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu  çalışmada,  geri  basamak  geometrisinde  gerçekleşen  akışlarda  akış  ve  ısı  transferi 
karakteristikleri üzerine etki eden parametrelerin etkileri ve birbirleri ile olan etkileşimleri 
farklı  deney  tasarımı  yöntemleri  ile  araştırılmıştır.  Literatürde  yer  alan  deneysel  bir 
çalışmanın sayısal olarak modellemesi yapılmış, iki boyutlu, sıkıştırılamaz ve türbülanslı 
akış  kullanılarak  bu  deneysel  çalışmanın  sonuçlarına  sayısal  yöntemlerle  ulaşılmıştır. 
Ardından  bu  deneysel  çalışmanın  geometrik  boyutlarında  modifikasyonlar  yapılarak 
farklı genişleme oranları, basınç gradyenleri ve türbülans seviyeleri altında geri basamak 
akışının akış ve ısı transferi davranışları incelenmiştir. ANSYS Fluent Student 2020 R1 
programdaki  farklı  algoritmalar  ve  türbülans  modelleri  kullanılarak  gerçekleştirilen 
sayısal  çalışmalarda  yeniden  birleşme  bölgesinin  genişleme  oranı  ve  basınç  gradyeni 
arttıkça büyüdüğü; ısı transferinin ise basınç gradyeninin artmasına bağlı olarak arttığı, 
fakat  genişleme  oranının  artmasına  bağlı  olarak  azaldığı  görülmüştür.  MINITAB  20 
istatistik  programı  kullanılarak  gerçekleştirilen  deney  tasarımı  çalışmalarında  da 
genişleme oranının diğer parametrelere göre ısı ve akış karakteristikleri üzerinde yüzdesel 
olarak  daha  yüksek  etkiye  sahip  olduğunu  görülmüştür.  Ayrıca  akışa  etki  eden 
parametrelerin akış ve ısı transferi karakteristiklerinin maksimizasyonu için optimizasyon 
gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In  this  study,  the  effects  of  the  parameters  affecting  the  flow  and  heat  transfer 
characteristics of the flow in the back step geometry and their interactions with each other 
were investigated with different experimental design methods. An experimental study in 
the literature has been modeled numerically, and the results of this experimental study 
have been reached by numerical  methods using  two-dimensional,  incompressible and 
turbulent flow. Then, the flow and heat transfer behaviors of the backward facing flow 
under  different  expansion  rates,  pressure  gradients  and  turbulence  levels  were 
investigated by making modifications to the geometric dimensions of this experimental 
study. Numerical studies using different algorithms and turbulence models in the ANSYS 
Fluent  Student  2020  R1  program  showed  that  the  reattachment  zone  grew  as  the 
expansion rate and pressure gradient increased; on the other hand, it was observed that 
the heat transfer increased due to the increase of the pressure gradient, but decreased due 
to the increase in the expansion rate. In the experimental design studies carried out using 
the MINITAB 20 statistical program, it was observed that the expansion ratio had a higher 
percentage  effect  on  the  heat  and  flow  characteristics  than  the  other  parameters.  In 
addition,  optimization  was  carried  out  to  maximize  the  flow  and  heat  transfer 
characteristics of the parameters affecting the flow.