Doğal taşınım problemlerinin Lattice Boltzmann metodu ile modellenmesi
Modeling of natural convection problems with Lattice Boltzmann method
Yazar: ÖZLEM YALÇIN
Danışman: DOÇ. DR. ERMAN ASLAN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında paneller üzerinde çeşitli yüzeyler ısıtılarak ve soğutularak, modeller üzerinde doğal taşınım ile ısı transferi etkileri geleneksel metotların dışında Lattice Boltzmann Metodu (LBM) kullanılarak çözülmüştür. Lattice Boltzmann metodu, akışkanlar mekaniği ve ısı transferi problemlerinde kullanılan bir ayrıklaştırma metodudur. Bu metot, akışkanın makroskopik ölçekteki hareketlerini mikroskopik ölçekteki parçacık davranışlarına indirgeyerek, akışkanın; bir akışkan topluluğu halinde değil de sanki hayali bir partikül topluluğu halinde hareket ediyormuş gibi modelleyen çözüm metodudur. Lattice Boltzmann metodu son yıllarda doğal taşınım problemleri için de daha kullanışlı bir çözüm metodu haline gelmiştir. Bunun sebepleri arasında, yöntemin çözüm ölçeği, paralel olarak çözümlenebilmesi ve çeşitli akışkan davranışlarını üzerinde modellenebilme özellikleri gibi avantajlar gösterilebilir. Diğer yönden, Lattice Boltzmann metodu, diğer geleneksel hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemlerine göre daha hızlı sonuçlar verir ve daha düşük bilgisayar hesaplama gücü gerektirir. Akış (gaz) problemi iki boyutlu kapalı bir kare alan içerisinde modellenmiştir. Isıtılan ve soğutulan yüzeylerde yoğunluk farkı nedeniyle oluşan doğal taşınım etkileri incelenmiştir. İncelenen modeller için Rayleigh sayısı 104'den 107'e değişmektedir. Hesaplamalarda Lattice Boltzmann Metodu ile yapılan çözümde için Fortran programlama dili kullanılmış ve Ansys-Fluent ile de çözümlenerek analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. Sonuçlardan etkili karışım parametresini elde etmek için, ilgili tüm verilerden ortalama Nusselt sayısı hesaplanmış ve hesaplanan Nusselt sayısı modellere göre grafik ve tablo halinde sunulmuştur.

Abstract:
In this thesis, by heating and cooling various surfaces on the panels, the effects of natural convection and heat transfer on the models are solved by using Lattice Boltzmann Method (LBM), apart from traditional methods. Lattice Boltzmann method is a discretization method used in fluid mechanics and heat transfer problems. This method reduces the movements of the fluid at the macroscopic scale to the particle behavior at the microscopic scale. It is a solution method that models it as if it moves as an imaginary collection of particles, not as a collection of fluids. Lattice Boltzmann method has become a more useful solution method for natural convection problems in recent years. Among the reasons for this, advantages such as the solution scale of the method, its ability to be analyzed in parallel, and its ability to model various fluid behaviors can be cited. On the other hand, the Lattice Boltzmann method gives faster results and requires lower computational power than other traditional computational fluid dynamics methods. The flow (gas) problem is modeled in a two-dimensional closed square area. Natural convection effects due to density difference on heated and cooled surfaces were investigated. The Rayleigh number for the examined models ranges from 104 to 107. Fortran programming language was used for the solution made with the Lattice Boltzmann Method in the calculations and the analysis results were compared by analyzing with Ansys-Fluent. In order to obtain the effective mixing parameter from the results, the average Nusselt number was calculated from all the relevant data and the calculated Nusselt number was presented in graphs and tables according to the models.