Silindir etrafındaki titreşimli akışta ısı ve kütle transferinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical analysis of heat and mass transfer in oscillating flow around a cylinder
Yazar: ŞAHİN YİĞİT
Danışman: PROF. DR. BURHAN ÇUHADAROĞLU
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı geçişi = Heat transfer ; Isı geçişi katsayısı = Heat transfer coefficient ; Kütle aktarımı = Mass transfer ; Kütle aktarımı katsayısı = Mass transfer coefficient ; Silindir = Cylinder

Özet:
Bu çalışmada; ıslak yüzeyli dairesel kesitli bir silindir etrafındaki akışta zorlanmış taşınım ile silindir yüzeyinden gerçekleşen ısı ve kütle transferi sayısal olarak incelenmiştir. İlk aşamada; yüzeyde sabit sıcaklık ve nem oranına sahip dairesel kesitli silindir üzerinden gerçekleşen ısı ve kütle transferinin göstergesi olan genel ortalamalı Nusselt (Nu) ve Sherwood (Sh) boyutsuz sayılarının, giriş koşullarına bağlı olarak değişimleri incelenmiştir. İkinci aşamada ise ilk aşamadaki duruma ek olarak giriş havasına bir v (t)=Asin(?t) hızı eklenerek, giriş havasının belirli bir genlik ve frekansta titreşim yapması sağlanmıştır. Böylece, titreşimli akış durumunda silindir yüzeyinden olan ısı ve kütle transferi; nem ve sıcaklığın yanı sıra titreşimli hız parametreleri arasında tanımlanan (A/ftD) boyutsuz parametresine bağlı olarak incelenmiştir. Sayısal hesaplamada zaman bağımlı Reynolds ortalamalı Navier-Stokes (URANS) denklemlerine dayalı olan, Kato-Launder iyileştirmeli standart k-? modeli ve düşük Re sayılı k-? türbülans modeli kullanılmıştır. Sonlu hacim yöntemi ve düzgün olmayan ağ yapısı kullanılarak yapılmış olan çalışmadan elde edilen sonuçlara göre; titreşimsiz ve titreşimli durumların her ikisinde de Reynolds (Re) sayısının artması ile silindir ve akış arasındaki ısı ve kütle transferine ait Nu ve Sh sayılarında artış görülmüştür. Titreşimli akışta cisim ve akış arasındaki ısı ve kütle transferinin boyutsuz titreşim parametresi (A/ftD)'ye etkili bir şekilde bağlı olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, forced convective heat and mass transfer in flow around a wet surface circular cylinder has been numerically investigated. Firstly, the effects of inlet air conditions on mean Nusselt (Nu) and Sherwood (Sh) numbers, which are as an indicator of convective heat and mass transfer from cylinder surface, have been analyzed. Secondly, oscillating transverse velocity condition has been imposed to inlet as v (t)=Asin(?t) to provide oscillating flow field which oscillates with a certain amplitude and frequency. Thus, in a oscillating flow, convective heat and mass transfer from cylinder surface have been analyzed depending on a dimensionless parameter (A/ftD) defined by oscillating transverse velocity parameters, in addition to temperature and humidity. In the numerical analysis, the k- ? turbulence model with Kato-Launder modification and low Reynolds number k- ? model which depends on unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes (URANS) equations have been used. In the numerical study, the finite volume method and staggered grid have been used. According to the results, under the conditions of both of oscillating and non-oscillating flows the Nu and Sh numbers which characterize heat and mass transfer between flow and cylinder, increases with increasing Reynolds (Re) number. In addition, it has been obtained that heat and mass transfer substantially depends on dimensionless parameter of A/ft D in oscillating flow.