Giriş geometrisinin izotermal ve izotermal olmayan boru akışındaki etkilerinin sayısal incelenmesi
Numerical investigation of the effects of inlet geometry on the isothermal and non-isothermal pipe flow
Yazar: ÜMRAN AKAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN DÜZ
Batman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bir rezervuardan (depo veya tank) boruya akışkan geçişinde borunun giriş bağlantı tipi aşağı akım üzerinde etkili olduğundan boru depoya çıkıntılı veya çıkıntısız bağlanabilmektedir. Bu çalışmada borunun rezervuara çıkıntısız (keskin kenarlı, L/D=0), 30mm çıkıntılı (L/D=1) ve 60mm (L/D=2) çıkıntılı şekilde bağlanmasında boru aşağı akım etkileri sayısal çözümle analiz edilmiştir.  Çalışmada D=30mm çaplı boru ile 1000, 2000, 4000, 7000, 10000, 15000, 20000 ve 100000 Reynolds sayılarında su akışları simule edilmiştir. Tank çıkışından sonra boru akışı izotermal ve izotermal olmayan durumlar için analiz edildi. İzotermal olmayan durumda sabit duvar ısı akısı 30kW/m2 olacak şekilde 2.7m 'lik boru akışına uygulandı. Çıkarılan sayısal sonuçlara göre çıkıntılı ile çıkıntısız boru girişlerinde hız profillerinin biraz farklı olduğu görüldü. Her üç girişli akışın yerel kayıp katsayıları Re=20000 'e kadar üs kuvveti şeklinde düşerken daha sonraki Reynolds sayılarında ise sabit kaldığı görülmüştür. Burada 60mm çıkıntılı girişin kayıp katsayısı en yüksek ve çıkıntısız olanı ise en düşük çıkmıştır. Her üç giriş tipinin tanktan sonra sürtünme faktörüne etkilerinin benzer olduğu görüldü. İzotermal olmayan boru akışında ise çıkıntılı ve çıkıntısız akışlarda sürtünme faktörleri arasında bir farkın olduğu görüldü. Boru akışında yerel taşınım ısı transfer katsayısının gelişen akışta üs kuvveti şeklinde değişirken tam gelişmiş akışta değerinin sabit olduğu görüldü. Isıl olarak gelişmiş akış bölgesinde çıkıntılı girişli akışların ısı transfer katsayılarının çıkıntısız girişli akıştan biraz daha yüksek olduğu görüldü. Boru akışı boyunca sıcaklık değişim eğrisinin deneysel çalışmadaki değişim eğrisiyle benzerlik gösterdiği görüldü.

Anahtar Kelimeler: Ansys CFX, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD), Keskin kenarlı giriş, çıkıntılı giriş,  izotermal boru, izotermal olmayan boru, Reynolds ortalamalı Navier-stokes (RANS),

Abstract:
The pipe can be connected to the tank without protruding or flush, as the inlet connection type of the pipe acts on downstream in fluid passage from a reservoir (depot or tank).  According to this study, the downstream effects of pipe connection to the reservoir without protruding (sharp edged, L / D = 0), 30mm protruding (L / D = 1) and 60mm (L / D = 2) were analyzed according to  statistics.  In this study, water flows of Reynolds numbers of 1000, 2000, 4000, 7000, 10000, 15000, 20000 and 100000 were simulated with D = 30mm diameter pipe.  Pipe flow after tank exit was analyzed for isothermal and non-isothermal conditions.  In the non-isothermal state, the constant wall heat flux was applied to a pipe flow of 2.7m such that 30kW / m2.  According to the statistical results, it was analyzed that the velocity profiles were slightly different between the protruding and non-protruding pipe entries.  The local loss coefficients of all three input flows decreased as exponent forces up to Re = 20000 and remained constant in later Reynolds numbers.  Here in this case, the loss coefficient of the 60mm protruding entrance is the highest and the one without protrusion is the lowest.  The effects of all three inlet types on the friction factor after the tank were found to be similar.  In non-isothermal pipe flow, there was a difference between friction factors in protruding and protruding flows.  While the local convection heat transfer coefficient in pipe flow changed as exponent force in developing flow, it was found to be constant at full developed flow.  In the thermally developed flow region, it was found that the heat transfer coefficients of the projected inlet flows were slightly higher than the projected inlet flow.  It was observed that the temperature change curve along the pipe flow was similar to the change curve in the experimental study.
 
Keywords: Ansys CFX, Computational Fluid Dynamics (HAD), Sharp-edged inlet, protruding inlet, isothermal tube, non-isothermal tube, Reynolds-mean Navier-stokes (RANS),