Akım düzenleyicilerin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of flow conditioners
Yazar: AHMET ÇAĞRI BİLİR
Danışman: PROF. DR. NURTEN VARDAR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: Akım dönüştürücüler = Current transformers ; Basınç kaybı = Pressure loss ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Yangın söndürme = Fire extinguishing

Özet:
İç akışlarda karmaşık hacim geometrisi, redüser, difüzör, dirsek, T bağlantısı, vana ve fitting gibi montaj elemanları akış rejiminin bozulmasına ve türbülansa neden olabilmektedir. Tüm bunlar iç akışlarda basınç kaybına ve verim düşümüne sebep olmaktadır. Bu verim kaybı, daha yüksek kapasitede pompa kullanımına yani bir başka deyişle pompanın daha yüksek basınçta ve debide kullanılmasına neden olmaktadır. Bu durum daha yüksek güçte motor seçimine, dolayısıyla da daha fazla yakıt sarfiyatına sebebiyet vermektedir. Tüm bunlar da hem ekonomik hem de çevresel açıdan zarara yol açmaktadır. Bu zararların asgari düzeye indirilmesi amacıyla akım düzenleyiciler uzun yıllardır endüstrinin pek çok alanında boru içi akışlarda akımın düzenlenmesi için kullanılmaktadır.
Akımın düzenlenmesi döngüsel, girdaplı ve dalgalı akım hatlarının daha düzgün hale getirilmesidir. Akımın düzenlenmesine gaz, yağ, su ve kimyasallar gibi kütlesel ve hacimsel debinin önemli olduğu boru içi transfer proseslerinde ihtiyaç duyulmaktadır. Bu doktora tezi kapsamında farklı akım düzenleyici plakalar tasarlanmış, bu plakaların genel performansı sayısal ve deneysel yöntemlerle irdelenmiş ve sonuçlar birbiriyle mukayese edilerek daha iyi performansa sahip akım düzenleyici plaka belirlenmiştir.Literatür çalışmasında akış ölçümlerinin doğruluğu için akım düzenleyicilerin yaygın olarak kullanıldığı görülmüştür. Ayrıca ISO, 5167 standardında çeşitli akım düzenleyici plaka tasarımlarını göstermekte, akış ölçüm hatalarıyla başa çıkarak ölçümlerin doğruluğunu artırmak amacıyla akım düzenleyicilerin kullanımını önermektedir.
Tube Bundle ve Zanker plakasının yanısıra özgün bir akım düzenleyici tasarlanarak denizcilik endüstrisinde kullanılan bir akış ekipmanı içine sayısal ve deneysel çalışmalar için yerleştirilmiştir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği sonuçlarının yapılan deney çalışması sonuçlarıyla oldukça uyumlu olduğu ve sayısal analiz çalışmalarının güvenli bir araç olduğu sonucuna varılmıştır.
Sayısal analiz sonuçlarında özgün akım düzenleyicinin Tube Bundle ve Zanker plakasına göre debi, basınç, boyutsuz basınç kayıp katsayısı ve akım hatlarının düzenlenmesi bakımından daha iyi performans gösterdiği görülmüştür. Bu sonuçların akabinde özgün akım düzenleyicisi farklı uzunlukluklarda tasarlanarak sayısal analiz çalışmaları farklı giriş koşulları için genişletilmiş ve plaka uzunluğunun akım hatlarının düzenlenmesine olan etkileri incelenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Boru iç akış, akım düzenleyici, basınç kaybı, hesaplamalı ve deneysel akışkanlar mekaniği, yangın söndürme

Abstract:
Complex flow volume geometry, assembly elements such as reducer, diffuser, elbow, tee, valve and fitting cause disturbance of flow regime and turbulence. This loss of efficiency leads to the use of higher capacity pumps, in other words, the pump to be used at higher pressure and flow. This situation leads to higher power engine selection and therefore more fuel consumption. All of these cause both economic and environmental damage. In order to minimize these damages, flow regulators have been used for years in many areas of industrial projects to regulate the flow in pipe flows.
Regulation of the flow is the elimination of swirl, vortex and fluctuating streamlines and making them smoother. Flow regulation is greatly needed in in-pipe transfer processes where mass and volumetric flow is important, such as gas, oil, water and chemicals. Within the scope of this doctoral thesis, different flow conditioner plates were designed and the overall performance of these plates was investigated numerically and experimentally.
In the literature studies, it has been clearly seen that flow regulating structures are extensively used for the accuracy of flow measurements. In addition, the International Standard Organization (ISO) shows various flow regulator plate designs in the ISO-5167-3 "orifice plates" standard published and recommends the use of flow regulators in order to cope with flow measurement errors and increase the accuracy of measurements.
In addition to the Tube Bundle and Zanker flow regulators with different geometries in the ISO standard, a unique flow regulator was designed and placed in a flow equipment used in the maritime industry for experimental and numerical studies. Then, it has been concluded that CFD results are in good agreement with the experimental results and it is a safe tool for numerical analysis studies.
In the numerical analysis results, it was seen that the unique flow conditiner had better performance than Tube Bundle and Zanker in terms of flow, pressure, dimensionless pressure loss coefficient and regulation of streamlines. After these results, the unique flow regulator was designed in different lengths, numerical analysis studies were extended for different input conditions and the effects of plate length on the regulation of streamlines were examined.
Keywords: Pipe internal flow, flow conditioner, pressure drop, computational and experimental fluids dynamic, fire-fighting