Çapraz akış içerisinde sıcak jet akışının sayısal ve deneysel incelenmesi
Numerical and experimental investigation of hot jets in jet in cross-flow
Yazar: MUSTAFA KEMAL SEVİNDİR
Danışman: PROF. DR. HASAN ALPAY HEPERKAN ; PROF. DR. METE DEMİRİZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Çapraz akıştaki jet (JICF- Jet in Cross Flow), çeşitli uygulamalarla ilgili temel bir akış alanı problemidir.Çapraz akıştaki jet çalışmaları, duman bacalarından ve günümüzde de volkanlardan çıkan duman bulutunun dağılmasıyla ilgili olarak yapılmıştır. Hem yer seviyesinde hem de rüzgar altı bölgesinde dumanın dağılımı önemlidir. Bu, duman konsantrasyonunun öncelikli olduğu bir kirlilik problemidir.İkinci bir çalışma, şehirlerin, fabrikaların sıvı atıklarının deniz, göl, nehir gibi ortamlara atılması esnasındaki dağılımı ile ilgili olmuştur. Bu, çevresel kirliliği azaltma eğilimiyle ilgili bir çalışmadır. Araştırmanın vurgu noktası jetin dağılımıdır. Amaç, kirletilen bölge ve kirleten konsantrasyonlarını belirlemektir.Jet motoru yakıcılarında, türbinlerde ve diğer uygulamalarda sıcak gaz akımları, soğuk gaz jetleri enjekte edilerek soğutulabilinmektedir. Yakıt enjeksiyonu da bir diğer ilgi alanıdır. Her iki uygulamada da düzgün karıştırılma arzu edildiğinden, iki akışın karışmasının ve jetin nüfuz etmesinin incelenmesi gereklidir.Tepki kontrol jetleri, jet basınç oranının çok büyük olma eğilimi gösterdiği füze ve roketlerde kullanılmaktadır. Ses hızındaki, tamamen genişletilmiş olan jetle karşılaştırıldığında, genellikle, jetin yaratmış olduğu etkiyi artıran, yeteri kadar genişletilmemiş olan duman bulutu vardır. Bütün bu kontrol uygulamalarındaki öncelikli ilgi alanı, jetin yaratmış olduğu havanın itkisi ve bunların net kontrol momenti üzerine etkileridir.Bu çalışmada çeşitli endüstriyel ve mühendislik uygulamalarında görülen çapraz akış içerisindeki sıcak jet akışlarının yapısı incelenmiş, hız dağılımları deneysel ve sayısal olarak elde edilip karşılaştırılması yapılmıştır.Çalışma kapsamında, yapılan deneysel faaliyetler Hava Harp Okulu Dekanlığı Aerodinamik Laboratuarında gerçekleştirilmiştir. Ölçümlerde rüzgar tüneli, lazer hız ölçer, K-tip ısıl çift, dijital termometre, fan, frekans konvertörü, ve ısıtıcı kullanılmıştır.Deneylerde 20 mm çapında silindirik jet kullanılmıştır. Deneyler ana akım hızı ve jet hızı sabit tutulup sadece jet sıcaklığı değiştirilerek gerçekleştirilmiştir. Bilgisayar teknolojisindeki ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımlarının günümüzde ulaştığı başarılı nokta da dikkate alınarak; çalışmanın teorik altyapısını da doğrulayan bir sayısal modelleme oluşturulmuştur.

Abstract:
The jet in cross flow (JICF) is a basic flow field which is relevant to a wide variety of applications.The jet in cross flow studies was done which is related to plume dispersal from smoke stacks and more recently volcano?s. Smoke distribution at both the ground level and downwind are important. This is a pollution problem where smoke concentration is of primary interest.A second application has been effluent dispersal. This study tends to be reducing environmental pollution. The emphasis of this research is diffusion of the jet. The aim is identification of the polluted region and the pollutant concentrations.In jet engine combustors, turbines and other applications, a hot stream o gas can be cooled by injection jets of cool gas. Injection of fuel is another interest. Since uniform mixing is desired for both applications, it is necessary to study jet penetration and blending of the two streams.Reaction control jets have been used on rockets and missiles where the jet pressure ratio tends to be very large. There is usually an under expanded plume which increases the jet induced effect when compared with a sonic, fully expanded jet. In all of these control applications, the jet induced aero-propulsion interactions and their effect on the net control moment are of primary interest.In this thesis, the hot jet structure which is seen on various industrial and engineering applications in the jet in cross flow has been investigated and velocity distribution compared both experimentally and numerically.In this thesis, experiments have been conducted in Aerodynamic Laboratory of Air Force Academy. In experiments, wind tunnel, LDA, K-type thermocouple, digital thermometer, fan, frequency converter and heater have been used.20 mm round jet has been used in experiments. When the experiments have been conducted the main stream and jet velocity has been taken constant, but jet temperature has been changed. Some investigations have been done computationally due to the improvements of computer technologies and computational fluid dynamics software?s. The experiments have been modeled numerically in this thesis.