Yatay hidrolik borularda taşıyıcı sıvı ile eşit yoğunluklu küresel kapsül tren akışı basınç kayıplarının hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile belirlenmesi
Computational fluid dynamics based determination of pressure losses of spherical capsule train flow with equal density to that of carrier liquid
Yazar: SELAHATTİN KARAÇAY
Danışman: PROF. DR. DENİZ ULUSARSLAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Basınç düşmesi = Pressure drop ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Hidrolik = Hydraulics ; Hidrolik boru = Hydraulic pipe

Özet:
Artan enerji fiyatları ve küresel ısınmanın çevreye etkileri taşımacılık sektöründe farklı yollar aranmasına sebep olmaktadır. Taşımacılık amacıyla kullanılan yeni bir yöntem olan hidrolik kapsül boru hatları (HKB) taşıyıcı sıvının akış enerjisinden yararlanarak malzeme taşınması sağlamaktadır. HKB hattına belirli konsantrasyonlarda verilen kapsüllerin düzenli akışı ile malzeme nakli sağlanmaktadır. HKB hatlarının tasarımında kullanılacak pompa kapasitelerinin belirlenme aşamasında farklı kapsül konsantrasyonlarında ve taşıyıcı sıvı akış hızlarında basınç kayıplarının bilinmesi gerekmektedir. Bunun için kapsül konsantrasyonu, akış hızı ve çap oranı değerleri verildiğinde meydana gelen basınç düşüşlerini ve buna bağlı pompa gücünü seçmemize yarayan gerçekçi bir korelasyona ihtiyaç vardır. Bu amaçla, deneysel veriler temel alınarak kapsül trenine ait nümerik akış analizi ve basınç düşüşü ilişkisi oluşturulmaya çalışılmıştır. Bu çalışmada kapsül çap oranı 0,5, 0,7 ve 0,8 olan kapsül yoğunluğu taşıyıcı sıvı yoğunluğuna eşit, 20000-150000 Re sayısı aralığında, %3,53-%10,6 konsantrasyonlarda çalışılmıştır. Basınç düşüşlerinin belirlenmesinde nümerik analiz sonuçları ile deneysel sonuçların %5-%10 konsantrasyonlarda uyum içinde olduğu görülmüştür. %5 kapsül konsantrasyonunda nümerik ve deneysel basınç düşüşleri arasındaki sapma ortalama %11,37'dir. Kapsül konsantrasyonu arttıkça, oluşturulan model ile deney sonuçları arasında sapma miktarı artmıştır. Nümerik çalışma ve deneysel çalışmada kapsül davranışlarının yapısı benzer olup konsantrasyon ve su hızı arttıkça basınç düşüşleri de artmıştır. Çalışma sonuçları literatürde yer alan benzer nümerik çalışmalar ile de karşılaştırılmış ve uyum içinde olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Increasing energy prices and the effects of global warming on the environment cause different ways to be sought in the transportation sector. Hydraulic capsule pipelines (HCP), a new method used for transportation purposes, provide material transportation by making use of the flow energy of the carrier liquid. Material transport is ensured by the regular flow of capsules given to the HCP at certain concentrations. During the determination of the pump capacities to be used in the design of HCP, it is necessary to know the pressure losses at different capsule concentrations and carrier liquid flow rates. For this, given the capsule concentration, flow rate and diameter ratio values, a realistic correlation is needed to enable us to choose the pressure drops and the related pump power. For this purpose, numerical flow analysis of the capsule train and pressure drop relationship were tried to be established based on the experimental data. In this study, the capsule diameter ratios were 0,5, 0,7 and 0,8, the capsule density was equal to the carrier liquid density, the Re number is in the range of 20000-150000, concentrations of 3,53%-10,6% were studied. In the determination of pressure drops, it was seen that the results of the numerical analysis and the experimental results were in agreement at 5-10% concentrations. At 5% capsule concentration, the deviation between numerical and experimental pressure drops averaged 11,37%. As the capsule concentration increased, the amount of deviation between the generated model and the experimental results increased. In the numerical study and experimental study, the structure of the capsule behavior was similar, and the pressure drops increased as the concentration and water velocity increased. The results of the study were also compared with similar numerical studies in the literature and it was determined that they were in harmony.