Bir akışkan karıştırma kabında karıştırma ve ısıtma proseslerinin CFD simülasyonu
CFD modelling of conjugate heat transfer and homogeneously mixing two different fluids in a stirred and heated hemispherical vessel
Yazar: GAMZE BAŞTÜRK
Danışman: PROF.DR. HÜSEYİN YAPICI
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Ill BİR AKIŞKAN KARIŞTIRMA KABINDA KARIŞTIRMA VE ISITMA PROSESLERİNİN CFD SİMÜLASYONU ÖZET Bu çalışmada, alt yüzeyinden ısıtılan yan küresel kap içerisindeki akışkanın termodinamik ve hidrodinamik analizi yapılmıştır. Isıtma prosesi uniform ısıtma ve kap merkezinden kenarlarına doğru lineer olarak azalan non-uniform ısıtma şeklinde iki ayrı şekilde incelenmiştir. İlave olarak ısıtma prosesinin belirli bir sıcaklıkta karışım elde edilebilmesi için zamana göre değişimi de incelenmiştir. Karıştırma iki ayrı akışkan hali için düşünülmüştür: (i) tek akışkanın karıştırılması ve (ii) birbirine karışmayan iki farklı akışkanın karıştırılması. Hidrodinamik ve termodinamik eş zamanlı çözümü daimi olmayan hallerde FLUENT bilgisayar kodu kullanılarak üretilmiştir. Hesaplamalarda akışkanların viskozite değerleri, uo, 0.001, 0.002,..., 0.005 kg/m-s (diğer bir deyişle, Prandtl sayılan, Pr, 10, 20,..., 50), kanştıncı dönme devri, a>, 10, 20,..., 50 rpm olarak seçilmiştir. Hesaplamalara göre, sıcaklık-kontrollü ısıtma durumunda, maksimum sıcaklık izin verilen üst limite ulaştıktan sonra sıcaklık profilleri, ısıtma süresi boyunca gittikçe daralan periyotlara sahip periyodik eğriler şeklinde devam etmektedir. İki farklı birbirine karışmayan akışkanın kanştınlmasında, kanştırıcının dönme devrindeki artış ve akışkan-2'nin Prandtl sayısındaki artış kanşımın homojenleşmesini hızlandırmaktadır. co= 20, 30, 40 ve 50 rpm için kanşımın homojen hale gelme süreleri, Praiaşkan-2= 50, 40, 30 ve 20 durumlannda sırasıyla 300-400 s, 310-405 s, 320-415 s ve 325-425 s arasındayken, bu süre akışkan-2'nin bütün Prandtl sayılannda co= 10 rpm için 800 s'nin üzerindedir. Anahtar Kelimeler: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği; Karıştırma kabı; Karıştırma; Bileşik ısı transferi; Sıcaklık-kontrollü ısıtma.

Abstract:
IV CFD MODELLING OF CONJUGATE HEAT TRANSFER AND HOMOGENEOUSLY MIXING TWO DIFFERENT FLUIDS IN A STIRRED AND HEATED HEMISPHERICAL VESSEL ABSTRACT The aim of this study is to realize CFD simulations of the conjugate heat transfer and homogeneously mixing two immiscible different fluids inside the stirred hemispherical vessel heated by the temperature-controlled (the temperature-controlled heating case) and uncontrolled heat fluxes. The heat fluxes were considered as also the varying flux (the varying heat flux case). Two different situations, the vessel filled with (i) one fluid and (ii) two different immiscible fluids, were investigated, and the calculations were performed individually for the various viscosities and stirrer rotation velocities using the FLUENT computer code under transient conditions. In the temperature-controlled heating case, after the maximum temperature reaches the desired upper limit, the temperature profiles continue as periodic curve having the gradually narrowing period along the heating process. In the case of the mixing two immiscible different fluids, both increases of the stirrer rotational velocity and the Prandtl number of fluid-2 more quickly homogenize the mixture. The converging times to the homogeneous case for ©=20, 30, 40 and 50 rpm are in the range of 300-400 s, 310-405 s, 320-415 s and 325- 425 s in the cases of PrakıŞkan-2= 50, 40, 30 and 20, respectively, but these durations are over 800 s for a>= 10 rpm in the cases of all Prandtl numbers of fluid-2. The results of this study understandably demonstrate the potential of the CFD simulations of the conjugate heat transfer and homogeneously mixing two different immiscible fluids inside the considered vessel. Keywords: Computational Fluid Dynamics; Stirred vessel; Mixing; Conjugate heat transfer; Temperature-controlled heating