Hareket halindeki ısıtılmış bir küt cisme çarpan nanojet akışının sayısal analizi
Numerical analysis of nanojet impingement onto a heated moving body
Yazar: HAKAN COŞANAY
Danışman: PROF. DR. HAKAN FEHMİ ÖZTOP
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı / Termodinamik ve Isı Tekniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Günümüzde dünya nüfusunun artmasına bağlı olarak insan ihtiyaçları hızlı bir yükseliş göstermektedir. İhtiyaçların karşılanması, günlük yaşantımızın büyük bir kısmını oluşturan enerjinin de tüketimini hızlı bir şekilde arttırmaktadır. İhtiyaçların ve enerji tüketiminin artmasına karşın dünya kaynakları azalmaktadır. Bu noktada, ihtiyaç ve tüketimlere bağlı olarak enerjinin verimli, tasarruflu ve zaman yönünden doğru kullanımı gibi terimler önem kazanmaktadır.
Bu çalışmada, endüstriyel uygulamalarda sıkça kullanılan işlemlerden birisi olan önceden ısıtılmış veya ısıl işlemden geçmiş belirli sıcaklıktaki bir cismin jetler yardımıyla soğutulması sayısal olarak incelenmiştir. Çalışma, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği paket programında modellenmiş ve sonuçları incelenmiştir. Çalışma üç farklı Reynolds sayısı üzerinden yürütülmüştür. Ayrıca her Reynolds sayısı için iki farklı kanal yüksekliğinde ayrı ayrı incelemeler yapılmıştır
Benzetimde sıcak cisim, soğuk jet akışına dik yönde hareket ettirilmiştir. Cismin sıcaklık değişimleri ve akışkan davranışları incelenmiştir. Analizlerde akışkan olarak iki farklı derişim oranına sahip nanoakışkan kullanılmıştır. Reynolds sayısı değerlerinin 30, 60 ve 120 olması durumları incelenmiştir. Böylece farklı Reynolds sayıları, farklı yükseklik değerleri ve farklı akışkan tiplerinin soğutma işleminin üzerine etkisi incelenmiştir.
Sonuçlar, 0.02 hacimsel derişim oranına sahip nanoakışkanın kullanılması durumunda, benzetimi yapılan hareketli cismin sıcaklık değerindeki azalmanın zamana bağlı olarak arttığını göstermiştir. Ayrıca kanal yükseklik değerinin azaltılmasının, zamanla cisim ile akışkan arasındaki sıcaklık farkının azalmasına neden olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Today, human needs are increasing rapidly due to the increase in the world population. Meeting the needs rapidly increases the consumption of energy, which constitutes a large part of our daily life. Despite the increasing needs and energy consumption, world resources are decreasing. At this point, depending on the needs and consumption, terms such as efficient, economical and time-efficient use of energy gain importance.
In this study, cooling of a preheated or heat treated object, which is one of the processes commonly used in industrial applications, was investigated numerically with the help of jets. The study was modeled in commercial Computational Fluid Dynamics program and its results were examined. The study was carried out over three different Reynolds numbers. In addition, two different channel heights were investigated separately for each Reynolds number.
In simulation, the hot body was moved perpendicular to the cold jet flow. The body's temperature changes and fluid behavior are investigated. Nanofluid with two different concentration ratios was used as fluid in the analysis. Reynolds number values 30, 60 and 120 have been examined situations. Thus, the effect of different Reynolds numbers, different height values and different fluid types on the cooling process was investigated.
The results showed that in the case of using nanofluid with a 0.02 volumetric concentration ratio, the decrease in the temperature value of the simulated moving body increases with time. In addition, it has been determined that decreasing the channel height value causes the temperature difference between the body and the fluid to decrease over time.