Atımlı giriş akışının akış ve ısı transferi üzerindeki etkisi
Effect of pulsating inlet flow on heat and fluid flow
Yazar: CEMALETTİN AYGÜN
Danışman: PROF. DR. ORHAN AYDIN
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Faz kayması = Phase shift ; Frekans = Frequency ; Genlik = Amplitude ; Isı geçişi = Heat transfer ; Pulzasyonlu akış = Pulsating flow ; Salınımlı akım = Oscillatory flow

Özet:
Bu çalışmada, bir boru içerisinde atımlı giriş akışının akış ve ısı geçişi üzerindeki etkisi deneysel, analitik ve sayısal olarak incelenmiştir. Atımlı akışın oluşturulmasına olanak sağlayacak bir deney düzeneği tasarlanarak, çalışma koşulları için hidrodinamik ve ısıl ölçümler yapılmıştır. Analitik çalışma kapsamında, cidarından sabit ısı akısı uygulanan bir boru içerisinde iki boyutlu, laminer, sıkıştırılamaz akışkan akışı ve ısı geçişi için ilgili korunum denklemleri tanımlanan sınır koşulları altında çözülerek hız, basınç ve sıcaklık dağılımları elde edilmiştir. Sayısal çalışma kapsamında, sonlu kontrol hacmi yöntemini esas alan ticari bir yazılım olan FLUENT paket programı kullanılmıştır. Aynı problem için kapsamlı parametrik çalışmalar yapılmış; farklı çalışma koşullarında hem gelişme bölgesindeki hız, basınç ve sıcaklık dağılımları hem de tam gelişmiş bölgede radyal hız ve sıcaklık dağılımları elde edilmiştir.
Hidrodinamik incelemede, atımlı akışta akış mekanizmasının (esasen frekans ve genliğin) hidrodinamik gelişme uzunluğu ve sürtünme katsayısı üzerindeki etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca frekans değişiminin, basınç ve hız arasındaki faz kaymasını nasıl etkilediğinin belirlenmesi de amaçlar arasında yer almaktadır. Isıl inceleme kapsamında ise, literatürde çelişkili bilgilerin yer aldığı atımlı akışın ısı geçişi üzerindeki etkisi geniş bir çalışma aralığında incelenmiştir.
Hem basınç kaynaklı akış hem de piston kaynaklı akış için frekans ve genliğin, hidrodinamik ve ısıl karakteristikler üzerinde önemli etkisi olduğu görülmüştür. Genel olarak, analitik, sayısal ve deneysel sonuçlar arasında iyi bir uyum elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, the effect of pulsating inlet flow in a pipe on flow and heat transfer was investigated experimentally, analytically and numerically. Designing an experimental set-up to enable to the pulsating flow, hydrodynamical and thermal measurements for various working conditions were conducted. In the analytical study, the velocity, pressure and temperature distributions were obtained for a two dimensional, laminar, incompressible fluid flow and heat transfer in a cylindrical pipe whose walls were subjected to a constant heat flux by solving governing equations under the corresponding boundary conditions. In the numerical study, FLUENT, a commercial CFD package program based on the control volume method, was used. The comprehensive parametrical simulations were conducted for the same problem. In the following, velocity, pressure and temperature distributions in the thermally developing region and radial velocity and temperature distribution in fully developed region were predicted for various working conditions.
In hydrodynamical study, it is aimed at obtaining the effect of flow mechanism in pulsating flow (mainly frequency and amplitude) on the hydrodynamic development length and the friction coefficient. In addition, it was also determined that how frequency affected phase difference between pressure and velocity time-variations. In the thermal analysis, effect of pulsation on heat transfer for which contradictory findings existed in the literature  was investigated for a quite wide range of working parameters.
It is shown that freq. and amplitude both for the pressure and piston-driven flows has a considerable effect on the hydrodynamical and thermal characteristics. Generally, a good agreement is observed among analytical, numerical and experimental results.