Baloncuklu dikey akışa kanal daralmasının etkilerinin deneysel olarak incelenmesi ve modellenmesi
Experimental investigation and modeling of the effects of channel blockage on bubbly vertical flow
Yazar: BERKİN TÜRKİZ PINARBAŞI
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ŞULE ERGÜN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nükleer Mühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering
Dizin: Akışkan sistemler = Fluid systems ; Akışkanlar dinamiği = Fluid dynamics ; Daralma = Contraction ; Kanal akım modeli = Channel flow model

Özet:
Bu çalışmanın amacı, baloncuklu dikey akışa kanal daralmasının etkisinin deneysel olarak incelenmesi ve baloncuk davranışı ile ilgili analizlerin yapılmasıdır. Deneyde kanal daralmasının etkisini incelemek için nükleer santrallerde kullanılan yakıt ayıracına benzer bir yapı kullanılmıştır ve farklı çaplardaki baloncuklarda yakıt ayıracından geçerken meydana gelen şekil değişikliği incelenmiştir. İlk olarak süper hızlı bir kamera ile baloncukların görüntüleri kaydedilmiştir. Daha sonra bu görüntüler bir görüntü işleme yazılımı ile incelenmiştir. Böylece baloncuk görüntü oranının (E) hesaplanması için gerekli baloncuk yatay ve dikey çapları bulunmuştur. Baloncuğun yatay ve dikey çapları, bir denklemde kullanılarak baloncuk görüntü oranının baloncuk hızına etkisi gözlenmiştir. Bununla birlikte farklı çapta baloncukların terminal hızları deneysel olarak hesaplanıp terminal hız denkleminde kullanılmak üzere bir katsayı bulunmuştur. Deney düzeneğinin tasarımı ve deneylerde kullanılan ekipman literatürde gerçekleştirilen benzer çalışmaların incelenmesiyle belirlenmiştir.Ayrıca, çalışmada deney düzeneği Fluent programı ile modellenmiştir. Modellerin çözümü için bir çift fazlı akış çözüm yöntemi olan Akışkan Hacmi Yöntemi (VOF) kullanılmştır. Bu yöntemin avantajı iki faz arasındaki ara yüzeyi takip ederek çözüm gerçekleştirmesidir.Sonuç olarak yakıt ayıracı olmadığı durumda deney sonuçları ile uyumluluk gösteren denklem sonuçlarının yakıt ayıracı bulunduğu durumda uyumluluk göstermediği görülmüştür. Bu çalışmada bunun nedenleri tartışılmıştır. Ayrıca VOF yöntemi ile yapılan benzeşimlerin, bu çalışmada oluşturulan modellemeler ve kullanılan çözüm yöntemleri ile baloncuk davranışı için doğru hesaplama yapamadığı gözlenmiştir.

Abstract:
Aim of this study is experimental investigation of the effect of channel blockage on bubbly vertical flow and performing analysis on bubble behavior. In order to analyze the effect of channel blockage, spacer grid-like structure, that is used in a nuclear reactor, was built in the experimental part and the change in bubble shape was analyzed through the channel blockage for different bubble diameters. First of all, the images of the bubbles were captured and recorded with a super fast camera. The images obtained were analyzed by using an image processing software. By using these images, horizontal and vertical bubble diameters were determined to calculate bubble aspect ratio (E). Horizontal and vertical bubble diameters were used in a correlation and the effect of bubble aspect ratio on bubble rise velocity was observed. In addition to that, an emprical constant for terminal velocity correlation was evaluated by using terminal velocities of various sized bubbles determined experimentally. Design of experimental setup and equipment were finalized by investigating similar studies in literature.The experimental setup was modelled by using Fluent which is a Computational Fluid Dynamics program. Volume of fluid (VOF) method was used to simulate established models. This two phase flow modeling method was selected since it has the advantage of performing the analysis by tracking the bubble interface.In conclusion, it was observed that, the agreement between the experimental data and results of calculations obtained by using correlation get worse to estimate the bubble behavior through channel blockage. This is discussed in this study. Additionally, it was concluded that VOF method cannot predict bubble behavior with the models and solutions used in this study.