Çapraz akış etkisi altındaki jetin akış özelliklerinin sayısalincelenmesi
Numerical investigation of flow characteristics of jet undercross-flow
Yazar: ÖZGÜR İMRE
Danışman: DOÇ. DR. NUREDDİN DİNLER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Çapraz akış altındaki sıvı jet akışının sayısal olarak incelenmesi özellikle ramjet ve scramjet
benzeri motorlarda kapsamlıca incelenen bir olay olmakla birlikte genel anlamda yakıt-hava
karışım parametrelerinin belirlenmesi için yapılan bir çalışmadır. Aynı zamanda zirai
ilaçlama, sıvı yakıtlı roket motorlarında ve soğutma sistemlerinde de görülmektedir. Yapılan
çalışmada ise referans olarak seçilen deneysel çalışma sayısal olarak doğrulanmıştır.
Doğrulanma yöntemi zamana bağlı VOF analizi olarak seçilmiş. Birimsiz parametreler olan
momentum akı oranı (q=18, q=27, q=36) ve Weber sayısı (We=1,32; We=3,84; We=5,38;
We=10,68; We=11,91; We=12,73; We=15,38; We=20,58; We=33,1; We=64.87 ve
We=107.24) ile jet akış hızı (𝑉𝑗=2,1 m/s, 𝑉𝑗=4,45 m/s, 𝑉𝑗=5,46 m/s, 𝑉𝑗=6,30 m/s ve 𝑉𝑗=10,40
m/s,), çapraz akış hızı (𝑉𝑎=10 m/s, 𝑉𝑎=30 m/s, 𝑉𝑎=50 m/s, 𝑉𝑎=60 m/s, 𝑉𝑎=70 m/s ve 𝑉𝑎=90
m/s), çapraz akış sıcaklığı (𝑇𝑎 = 18 °𝐶, 𝑇𝑎 = 200 °𝐶 ve 𝑇𝑎 = 300 °𝐶) ve jet akışkanının
çeşidi (su, aseton ve kerosen) değiştirilerek farklı değerleri için analizler yapılmış ve elde
edilen sonuçlar çalışmanın ilk aşamasında referans alınan deneysel sonuçlar ile
karşılaştırılmış, kullanılan çift fazlı akış modeli ve türbülans modeli ile kullanılan
parametreler doğrulanmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında ise bu doğrulanan model jet
yakıtı ana maddelerinden olan kerosen için yapılmış. Analizlerden elde edilen veri setleri
biriktirilmiş. Bu veriler ısıtılmamış çapraz akış ve ısıtılmış çapraz akış olmak üzere iki grupta
toplanmış, eğri uydurma yöntemleri kullanılarak uygun eşitlikler belirlenmiş ve bu
eşitliklerin sonuçlara uygunluğu gösterilmiştir. Bu çalışma sonucunda elde edilen eşitlikler,
akış yönünde çalışmanın limit uzunluk parametresi olarak kabul edilen 10 çaplık mesafede
0,991 maksimum ve 0,973 minimum determinasyon katsayına (𝑅2) sahip olacak doğrulukta
sonuçlar elde etmiştir.

Abstract:
The numerical investigation of liquid jet in crossflow is a study that is especially done for
engines like ramjets and scramjets and main purpose of the study is to decide mixture
properties of the phenomenon. It is also seen in agricultural spraying, rocket engines and
cooling systems. At the first stage of the study, the numerical study is validated with results
gathered from chosen experimental study. The method used for this validation is transient
VOF (Volume of Fluid) analysis. The analysis is done for various dimensionless parameter
namely momentum flux ratio (q=18, q=27, q=36) and Weber number (We=1,32; We=3,84;
We=5,38; We=10,68; We=11,91; We=12,73; We=15,38; We=20,58; We=33,1; We=64.87
and We=107.24), and also for jet velocity (𝑉𝑗=2,1 m/s, 𝑉𝑗=4,45 m/s, 𝑉𝑗=5,46 m/s, 𝑉𝑗=6,30
m/s and 𝑉𝑗=10,40 m/s,), crossflow velocity (𝑉𝑎=10 m/s, 𝑉𝑎=30 m/s, 𝑉𝑎=50 m/s, 𝑉𝑎=60 m/s,
𝑉𝑎=70 m/s and 𝑉𝑎=90 m/s), crossflow temperature (𝑇𝑎 = 18 °𝐶, 𝑇𝑎 = 200 °𝐶 and 𝑇𝑎 =
300 °𝐶) and type of fluid as (water, acetone and kerosene). At the first stage study, the results
gathered from these analyses compared with chosen experimental study. And by doing this,
the multiphase modeling parameters and turbulence modeling parameters are validated. At
the second phase of the study, the analyses have been done for kerosene which is main
component of the jet fuel. All the results are accumulated and grouped into two different
sets. One for unheated crossflow and one for heated crossflow. The results for these two
groups are expressed with an equation by using curve fitting techniques. The compatibility
of these two techniques is also evaluated in terms of their individual 𝑅2 values. And
according to the results gathered from this study, the equations are in line with the results
from validated analyses with 𝑅2 values of minimum 0,973 and maximum 0,991 for the
length of 10 jet diameter which is study constraint.