Çok bileşenli bir akışta çıkıntılı yapıların akışkan seperasyonundaki etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the effect of ribbet structures on fluid separatıon in a multi-component flow
Yazar: UMUT BAŞTÜRK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET YURTSEVEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: Akışkan ayrıştırma = Fluid fractionation ; Ayırma = Separation ; Hidrolik akışkanlar = Hydraulic fluids ; Kanal akım modeli = Channel flow model ; İki fazlı akış = Two phase flow

Özet:
Birbirine karışmayan aynı fazdaki akışkanların ayrıştırılması mühendislikte sıkça karşılaşılan zorluklardan biridir. Özellikle hareketli parçası olan makinaların yağlama ve soğutma gibi temel ihtiyaçları gereğiyle bu tipteki karışım akışları ile çokça karşılaşılmaktadır. Çok bileşenli karışım akışlarının ayrıştırma işlemi için akışkanların yoğunluğu ve viskozitesi olmak üzere iki temel özellikten yararlanılır. Yoğunluk farkı ve viskozite farkı ile akışkan ayrıştırılması uygulamalarına literatürde rastlanmaktadır. Gerek yerçekimi kuvveti gerekse merkezkaç kuvvetlerinin tetiklediği akışlarda, bileşen akışkanların ayrıştırılması yoğunluk farkı ile katmanlı bir hacmin elde edilmesi ve sonrasında bu katmanların mekanik olarak ayrılması prensibine dayanmaktadır. Durgun ya da çok düşük hızlarda (low Reynolds) hareketin oluştuğu yerde yoğunluk farkı kullanılarak akışkanların ayrıştırılması anlamlı iken, akış hızının arttığı ve buna paralel türbülanslı durumlarda viskozitenin de akış davranışında etkin hale geldiği durumlarda viskozite farkından da yararlanılabileceği düşünülmektedir. Hidrolik hatlarda farklı bileşenlere sahip akışların karıştırılması için kullanılan statik mikser uygulamaları ile bileşenlerin düzgün bir şekilde karıştırılması sağlanmaktadır. Bu uygulamada herhangi bir hareketli makina parçası kullanılmadan akışın üzerindeki momentumdan faydalanarak karıştırma işlemi sağlanır. Bu uygulamalar gerek karıştırma işleminin tamamının sağlanmasında gerekse asıl karıştırma sürecinin veriminin artırılması için kullanılabilmektedir. Aynı fikirle çok bileşenli akışlarda bileşenlerin ayrıştırılması işlemi için statik bir ayrıştırıcı kullanılabileceği, bu ayrıştırıcının istersek tüm ayrışma işleminin tamamlanması için istersek de konvansiyonel ayrıştırıcılardan önce ayrıştırma veriminin artırılması için tercih edilebileceği düşünülmektedir. Statik bir ayrıştırma aracının geliştirilmesi için araç üzerindeki parametrelerin ayrıştırmaya olan etkisinin araştırılması gerekmektedir. Bir akış olayının incelenmesi için literatürde en sık kullanılan uygulama sayısal model ile araştırma yapılmasıdır. Bu çalışmada çok bileşenli akışların statik metotla ayrılmasını sağlayacak bir kanal yapısının geometrik ve bileşen fraksiyonu parametrelerinin etkileri hesaplamalı akışkanlar dinamiği uygulamaları kullanılarak sayısal model üzerinde incelenmiştir.

Abstract:
Separation of immiscible fluids in the same phase is one of the most common engineering challenges. This type of mixing flow is frequently encountered at machines with moving parts due to the basic needs of lubrication and cooling. Two main features are utilized in the separation of multicomponent mixture streams. Density and viscosity of the fluid. Fluid separation applications with density difference and viscosity difference are encountered in the literature. In flows affected by both gravitational and centrifugal forces, the separation of component fluids is based on the principle of obtaining a segregated flow with density difference and then mechanically separating these layers. While it is meaningful to separate the fluids by using the density difference where the motion occurs at stagnant or very low velocities (low Reynolds), it is thought that the viscosity difference can also be used in Deneys where the flow velocity increases and turbulent flow occurs and the viscosity becomes effective in the flow behavior. Components are mixed properly with static mixer applications used for mixing flows with different components in hydraulic lines. In this application, the mixing process is provided by making use of the momentum on the flow without using any moving machine parts. These applications can be used both to provide the entire mixing process and to increase the efficiency of the actual mixing process. With the same idea, it is thought that a static separator can be used for the separation of components in multi-component flows, and this separator can be preferred if we want to complete the entire separation process or to increase the separation efficiency before conventional separators. In order to develop a static separation device, it is necessary to investigate the effect of parameters on the separator. The most frequently used application in the literature for the analysis of a flow phenomenon is research with a numerical model. In this study, the effects of the geometrical and component fraction parameters of a channel structure that will enable the separation of multi-component flows with the static method were investigated on a numerical model using computational fluid dynamics applications.