Gözenekli ortamın zorlanmış taşınıma ve akışa etkisinin sayısal incelenmesi
A numerical investigation of the porous medium on the forced convection and fluid flow
Yazar: ERMAN PİLEVNE
Danışman: DOÇ. DR. AYDIN MISIRLIOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mühendislikte İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering

Özet:
Bu çalısmada gözenekli ortamın akısa ve ısı transferine olan etkisi sayısal olarakincelenmistir. Degisik geometrideki üç farklı boru içerisine sabit hızda ve aynı yöndegiren akıskanın degisik geçirgenlik katsayılı gözenekli tabakalardan geçip boruyu terketmesi problemi ele alınmıstır. Gözenekli ortamın problemin sonucuna olan etkilerinidaha iyi anlamak amacıyla akıskanın nüfuz ettigi gözenekli ortam, geçirgenlikleri farklıve aynı degerlerdeki 3 ayrı bölgeye ayrılmıstır. Giriste verilmis olan üniform hız vesıcaklık profilleri için Brinkman-Forcheimer modellerine göre genisletilmis hacimortalamalı Navier-Stokes denklemleri çözülmüstür. Borunun duvarları sabit sıcaklıktatutulmus ve giristeki sıcaklık ile duvarların sıcaklıgı esit tutulmustur. Borunun ortakısmındaki gözenekli bölgede ısı üretimi vardır. Bu sekildeki çözüm alanı, yaygınendüstriyel uygulamaları bulunan gözenekli yakıcılardan esinlenerek elde edilmistir.Çözüm için tasarlanan farklı üç sekle sahip borular, geometrinin problemin sonucunaetkisini daha iyi inceleyebilmek için olusturulmustur. Problemde Boussinesq kabulüyapılarak, akıs; viskoz, sıkıstırılamaz ve zamana baglı olarak kabul edilmistir veboyutsuzlastırma islemleri bu kabullere göre yapılmıstır. Gözenekli ortamdaki katı vesıvı faz arasında ısı transferi olmadıgı varsayılmıstır. Tüm bu kabullere göredüzenlenmis olan ana denklemleri çözmek için Galerkin sonlu elemanlar yöntemikullanılmıstır. Sonuçlar hız ve sıcaklık profilleri, es sıcaklık egrileri ve akım çizgilericinsinden sonuçlar bölümünde sunulmustur.Anahtar Kelimeler: Zorlanmıs tasıma, Gözenekli ortam, Sonlu elemanlar yöntemi

Abstract:
In the present study, the effects of the porous medium on forced convection and fluidflow have been investigated numerically. The flow enters a pipe in three differentgeometries with a uniform inlet velocity and passes through porous layers havingdifferent permeabilities. In order to understand the effects of the porous media on theproblem?s solution, the porous medium which the fluid penetrated is divided into threedifferent porous layers having the same or different permeabilities. The volumeaveraged Navier-Stokes equations with Brinkman-Forchheimer extended Darcy law andenergy equation are employed to solve the problem for uniform velocity profile anduniform inlet temperature. The walls are kept at constant temperature and the wallsand the inlet temperature are equal. The porous medium at the middle of the pipe hasinternal heat generation. The solution domain mentioned is inspired by the porousburners which are widely used in many industrial applications. The pipes, that havethree different shapes, are designed in order to be able to observe better the effects ofthe geometry to the solution of the problem. The Boussinesq approach has been madeand the flow has been considered viscous, incompressible and unsteady. Getting thedimensionless variables is made by those assumptions. There is no heat transfer betweenthe fluid and the solid phases. The Galerkin finite element method is employed to solvethe governing equations. The results will be presented in the terms of velocity andtemperature profiles, temperature contours and streamlines.Keywords: Forced Convection, Porous Media, Finite Elements