Optimum lüle şeklinin çarpan jet üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of optimum nozzle type on the impinging jest
Yazar: NEVİN ÇELİK
Danışman: Y.DOÇ.DR. HAYDAR EREN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tezde, çarpan jetlerde optimum lüle (nozul) şeklini belirlemek amacıyla deneysel birçalışma gerçekleştirilmiştir. Çalışmada lüle şekli olarak farklı çaplarda düz dairesel tip lüleler veeş eksenli lüleler kullanılmıştır. Düz dairesel lüleler iç çapları d=7.9, 10.8, 13.8 ve 23.1 mmolan düz dikişsiz alüminyum borulardır. Eş eksenli lüle tipinde; dışta 13.8 mm iç çapındaki düzdairesel boru mevcuttur, içte ise dış çapı 9.8, 8 ve 6.2 mm olan dairesel borular ana borununmerkeziyle çakışacak şekilde yerleştirilmiştir. Bu yedi farklı lülenin her biri, ısıtılmış düz birplakaya çarptırıldığında oluşan ısı transferi, boyutsuz Nusselt sayısı cinsinden elde edilmiştir.Çalışmada kullanılan çarpma levhası, içerisinden buhar geçirilen ince bir kanalın ön yüzeyidir.Böylece sabit sıcaklık sınır şartı sağlanmıştır.Bu lülelerin çarpma olmadan, yani serbest jet ortamındaki akış karakteristiği (ortalamahız ve türbülans şiddeti) hassas ölçümlü bir sıcak tel anemometre ile tespit edilmiştir. Ayrıcadüz dairesel lülelerin levhaya çarpma olması durumunda, çarpma levhasına yakın alanda hız vetürbülans şiddeti değerleri tespit edilerek çarpma bölgesi akımı incelenmiştir (yalnızca dörtdairesel lüle kullanılmıştır, eş-eksenliler değil). Hem hız değerleri hem de sıcaklık değerleribilgisayar kontrolü bir data toplayıcısıyla ölçülmüş ve kaydedilmiştir.Çalışmada elde edilen dataların belirsizlik analizi yapıldığı gibi, bu datalardanistatistiksel regresyon analiziyle ampirik bağıntılar elde edilmiştir.Lüle çapının çarpan jetle soğutma olayında çok önemli bir parametre olduğugörülmüştür. Aynı Re sayısı değerinde, lüle çapını değiştirmek hız ve türbülans değerinietkilediğinden levha yüzeyi üzerindeki soğuma karakterini de değiştirmiştir.Özellikle eş-merkezli jetlerin bir yüzeye çarpmasında yüzeyin mevcut durumundaölçüm zorlukları nedeniyle yüzey üzerinde akış karakteristiği ölçümü ilgili literatürde pekrastlanılmamıştır. Bu çalışma ilgili alanda söz konusu eksikliği doldurmaya yöneliktir. Eş-eksenli lülelerde, iç içe geçen iki borunun iç/dış çap oranının, dolayısıyla da bu kesitlerdengeçen akış hızı oranlarının soğuma üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu görülmüştür.Anahtar Kelimeler: çarpan jet, eş eksenli jet, dairesel jet, ısı transferi, akış dinamiği

Abstract:
In this thesis, an experimental work is performed in order to determine optimum nozzletype in impinging jets. As nozzle type, circular nozzles with various diameters and coaxialnozzles are used. The circular nozzles are the circular aluminum pipes having 7.9, 10.8, 13.8and 23.1 mm inner diameter value. And as the co-axial jet; outer of the jet there is a pipe of 13.8mm inner diameter, and the pipes which have 9.8, 8 and 6.2 mm are located through thecenterline of this principal pipe. The gained heat transfer, after each of these 7 different nozzleshad been impinged to a heated flat plate, and calculated in the term of dimensionless Nusseltnumber. The impingement plate is the front side of a channel, in which water vapor is passed.Hence, a constant temperature boundary condition is supplied.The flow characteristic of these jets (mean flow and turbulent intensity) withoutimpinging, namely free jet, is obtained by a highly sensitive hot-wire anemometer. And also themean flow and turbulent intensity on near field of impingement plate is obtained while only thecircular jet flow is impinging on the target plate (four circular nozzles are used, not the co axialones). Both the velocities and temperatures are measured and recorded by a computer aided datalogger device.Not only the uncertainty analysis of the measured data is performed, but also theempirical correlations are obtained by the help of statistical regression analysis. And finally, thefounded correlations are compared to literature, and the validity of them is discussed.At the result it has been seen that, the diameter of the nozzle is an important parameterat the cooling pheromone of impinging jets. For all nozzle types, at the same Re value, due tochanging the diameter of the nozzle would cause an effect on velocity and turbulent intensity,the cooling characteristic was affected. Especially it is difficult to make accurate measurementson the heated plate subjected to a co-axial jet flow; there hasn?t been more detailed paper in theliterature. Hence, the results of this work will assist to fill this cavity. In this work it has beenseen that, the velocity ratio of co-axial flow has a great important effect on cooling.Key Words: impinging jet, co axial jet, circular or round jet, heat transfer, flow dynamics