Bir vorteks tüpünde farklı gazların ısıl ve akış performanslarının sayısal incelenmesi
A numerical investigation of heat and flow performance of different gases in a vortex tube
Yazar: HAMDİ KAÇMAZ
Danışman: DOÇ. DR. SELAHADDİN ORHAN AKANSU
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Fransız bilim adamı Georges Joseph Ranque tarafından keşfedilmesinden itibaren, vorteks tüpleri, teorik ve pratik uygulama açısından oldukça ilgi çeken bir konu olmuştur. Yaygın olarak ?Ranque-Hilsch Vorteks Tüpü? ismi ile anılan bu tüplerin günümüzde çok çeşitli kullanım alanları bulunmakta ve ticari firmalar tarafından seri imalatları yapılmaktadır. Bu çalışmada vorteks tüpleri ile ilgili literatür çalışması yapılmış ve bir vorteks tüpünde farklı gazların ısıl ve akış performansları sayısal olarak incelenmiştir. Vorteks tüpünün sayısal çözümlemesinde hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanılmıştır. Fluent paket programı kullanılarak yapılan bu çalışmada, standart k- ? ve RNG k- ? türbülans modelleri seçilmiştir. Sayısal olarak incelenen vorteks tüpünde, akım sıcak ve soğuk taraftan ayrı ayrı kontrol edilerek vorteks tüpünün ısıl performans analizi yapılmıştır. Vorteks tüpünün ısıl performansı iki farklı giriş sınır şartlarında incelenmiş ve kıyaslamalar yapılmıştır. Birinci nümerik çözümlemede sistemin giriş şartlarını sabit almak suretiyle soğuk çıkış basıncı atmosfer basıncına sabitlenerek sadece sıcak çıkış basıncının değiştirilmesi ile yapılmıştır.İkinci çözümleme ise soğuk ve sıcak çıkış basınçlarının aynı anda artırılarak farklı akışkanlarda yapılan bir nümerik çözümlemedir. Farklı basınçlardaki bu çalışmalar hava, He, CO2, ve NH3 kullanılarak ayrı ayrı denenmiş ve literatürle uyumu sağlanmıştır. Ayrıca, giriş açısı 30°, 45°, 60° ve 75° olarak değiştirilerek çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Farklı açı ve değişken basınçlarda vorteks tüpünün ısıl ve akış performans analizi yapılmış, enerji ayrışımı, sıcaklık dağılımları, hız dağılımları ve akış hareketleri incelenmiştir.

Abstract:
Since it was discovered by French scientist Georges Joseph Ranque, vortex tubes, in terms of theoretical and practical applications, has been a subject of much interest. These tubes, which are widely known as "Ranque-Hilsch Vortex Tube, have a wide range of applications and mass production are done by commercial firms nowadays. In this study theoretical studies of the vortex tube were done and the heat and flow performance of different gases of a vortex tube were numerically investigated. For the numerical analysis of vortex tubes computational fluid dynamics have been used. The study in which Fluent package program was used, the standard k- ? ve RNG k- ? turbulence models have been selected. The vortex tube which was studied numerically, controlling the warm and cold currents separately, the heat performance of vortex tubes was analyzed. The heat performance of vortex tubes has been examined in two different entrance boundary conditions and comparisons were made. In the first numerical solutions, by having the entrance requirements of the system and securing the cold outlet pressure with atmospheric pressure,and just chancing the hot output pressure, the numerical analysis was performed. In the second case by increasing the cold and hot pressures at the same time, the numerical analysis was performed in different fluids. These studies within different pressures using air, He, CO2, and NH3 are tested separately, and are harmonized with the literature. Moreover, amending the entry angles 30°, 45°, 60° and 75°, studies were conducted. In different angles and variable pressures, the thermal and flow performance of a vortex tube was performed, and the energy separation, the temperature distribution, velocity distribution and flow of movement were examined.