Soğutulan ve/veya ısıtılan hacimlerde hız ve sıcaklık alanlarının incelenmesi
Investigation of velocity and temperature fields in cooled and/or heated enclosures
Yazar: NURİ ALPAY KÜREKCİ
Danışman: PROF.DR. OKTAY ÖZCAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu doktora tez çalışmasında, ısıtılan kübik hacim içinde hız ve sıcaklık alanları, sayısal vedeneysel olarak incelenmiştir.Bu tez çalışmasının sayısal kısmında dört ayrı problem için sayısal çözüm yapılmıştır.Yandan ısıtılan kapalı hacim, alttan ısıtılan kapalı hacim, doğal taşınım ile aynı yöndezorlanmış taşınım ve doğal taşınımın tersi yönünde zorlanmış taşınım olmak üzere dört ayrıproblem sayısal olarak çözülmüştür. Her bir problemde elde edilen sayısal sonuçlara göre,boyutsuz bileşke hız, boyutsuz yatay hız, boyutsuz düşey hız değerleri verilmiştir. Kapalıhacmin üç ayrı kesiti için boyutlu yatay ve düşey hızlar sunulmuştur. Ayrıca sıcaklık haritalarıçıkarılmış, yine hacmin üç ayrı kesiti için boyutlu sıcaklık değişim grafikleri çizilmiştir.Sayısal çalışmaların sonunda yandan ısıtılan kapalı hacim problemi için ısı geçişi korelasyonuverilmiştir. Sayısal çalışmalar için Fluent 6.0 CFD programı kullanılmıştır.Tez çalışmasının deneysel kısmı iki bölüme ayrılmıştır. Çalışmanın ilk kısmında, dört ayrıproblem için deneysel hız ölçümleri yapılmıştır. Deneysel çalışmalar, sayısal çalışmalardakabul edilen sınır şartlarında gerçekleştirilmiştir. Hız ölçümleri için PIV (Particle ImageVelocimetry) sistemi kullanılmıştır. PIV sistemi, akım çizgilerini bozmadan ölçüm yapan vebir düzlemdeki hız vektörlerini kısa sürede veren bir ölçüm sistemi olması nedeniyle tercihedilmiştir. Hacim içinde gerçekleşen küçük hızların ölçülmesinde PIV sisteminin güvenirliliğiüzerine çalışılmış, ölçme sisteminin doğru sonuçlar verdiği gösterilmiştir. Çalışmanın bukısmında, ölçümler sonucunda elde edilen boyutsuz bileşke hız, yatay ve düşey hızlarverilmiştir. Yine hacmin üç ayrı kesiti için boyutlu yatay ve düşey hız dağılımlarısunulmuştur. Çalışmanın ikinci kısmında toplam 100 adet J tipi termo-eleman ile sıcaklıkölçümü yapılmıştır. Ölçümler sonucunda dört ayrı problem için kapalı hacim içi boyutsuzsıcaklık dağılımları verilmiştir. Sayısal çalışma sonucu elde edilen sıcaklık haritalarının,deneysel olarak da incelenmesi sağlanmıştır.Tez çalışmasının son kısmında, sayısal ve deney sonuçları karşılaştırılmıştır. Hız ve sıcaklıkdağılımları için, sayısal ve deney sonuçlarının uyumlu olduğu görülmüştür. Ayrıca sayısalelde edilen ısı geçişi korelasyonun, literatürdeki benzer çalışmalar ile karşılaştırmasıyapılmıştır. Korelasyonun literatürle uyumlu olduğu görülmüştür.Anahtar kelimeler: Isıtılan kübik hacim içi hız dağılımı, ısıtılan kübik hacim içi sıcaklıkdağılımı, PIV hız ölçme sistemi, kübik hacim içi doğal taşınım.JÜRİ:1. Prof. Dr. Oktay ÖZCAN (Danışman) Kabul Tarihi: 01.09.20062. Prof. Dr. İsmail TEKE Sayfa Sayısı:1683. Prof. Dr. Seyhan ONBAŞIOĞLU

Abstract:
In this doctorate thesis, velocity and temperature fields inside a heated cubical enclosure wereinvestigated numerically and experimentally.In the numerical part, four different problems were solved numerically. These are sidewallheated closed enclosure, bottom wall heated closed enclosure, natural convection in the samedirection as forced convection and natural convection in opposite direction to forcedconvection. For each problem, numerical results are presented in terms of dimensionlessresultant velocity, horizontal and vertical velocity. Dimensional horizontal and verticalvelocities were presented for three different sections of the enclosure. Velocity andtemperature contour maps were formed and dimensional temperature variation charts werepresented for three different sections. In addition, a heat transfer correlation was given forsidewall heated closed enclosure problem. Commercial software Fluent 6.0 was used innumerical studies.The experimental part of the thesis has two parts. In the first part, experimental velocitymeasurements were made for the four problems described above. Experimental studies wereperformed at nearly the same boundary conditions as numerical solutions. PIV (Particle ImageVelocimetry) was used for velocity measurements. PIV system was preferred because it doesnot disturb streamlines and measures velocity vectors in a short time. Reliability of PIVmeasurements of small velocities were checked and verified. Dimensionless resultantvelocity, horizontal velocity and vertical velocity values obtained from measurements werepresented. Dimensional horizontal and vertical velocity distributions were given for threedifferent sections of the enclosure. In the second part, temperature measurements were madeby using a total of 100 J type thermocouples. Dimensionless temperature distributions withinheated enclosure were given for four different problems. The temperature maps obtained fromnumerical solutions were verified experimentally.In the last part of the thesis, numerical and experimental results were compared with eachother. Generally good agreement was observed between the numerical and experimentalvelocity and temperature distributions. In addition, numerically obtained heat transfercorrelation was compared with similar expressions reported in literature and good agreementwas observed.Keywords: Velocity distribution within heated cubical enclosure, temperature distributionwithin heated cubical enclosure, PIV velocity measurement system, natural convection withincubical enclosure.JURY:1. Prof. Dr. Oktay ÖZCAN (Supervisor) Date: 01.09.20062. Prof. Dr. İsmail TEKE Page:1683. Prof. Dr. Seyhan ONBAŞIOĞLU