Newton tipi olmayan MR akışkan akışının genelleştirilmiş upwind ve TVD şemaları ile HAD analizlerinin gerçekleştirilmesi
Performing CFD analysis of non-Newtonian MR fluid flow with generalized upwind and TVD schemes
Yazar: MURAT CAN ÖNEN
Danışman: DOÇ. DR. ZEKERİYA PARLAK
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Akışkanlar = Fluids ; Ayrışma hipotezi = Decoupling hypothesis ; Damper = Damper ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Sayısal analiz = Numerical analysis ; Viskoz akış = Viscous flow

Özet:
Manyetoreolojik (MR) damperler, anlık olarak ayarlanabilir sönümleme katsayısı avantajı sunarak farklı kuvvetleri farklı hızlarda sönümleyebilmektedir. Bu karakteristik özellik MR damperin özel olarak tasarlanmış pistonu sayesinde mümkün olmaktadır. Piston içerisinde manyetik alana maruz bırakılmış bir akış kesitinden, manyetik alandan etkilenen bir MR sıvının geçirilmesiyle, manyetik alan şiddetinin büyüklüğüne bağlı olarak piston kuvveti ayarlanabilmektedir.
Bu çalışmada dairesel piston halkasının iki boyuta indirgeyerek paralel levhalar arasında meydana gelen Newton tipi olmayan karakteristiğe sahip bir MR sıvının Hesaplamalı Akışkanlar Mekaniği (HAD ya da HAD) analizi gerçekleştirilmiştir. HAD analizlerinde Sonlu Hacimler Yöntemi (SHY) ile ayrıklaştırılan momentum denklemleri MATLAB programında yazılan kod ile çözülmüştür. Nümerik çözücü, iki boyutlu ve yapılandırılmış şekilde sonlu hacimlere ayrılmış geometriler üzerinde çalışmaktadır.
Bu çalışmada manyetik alandan etkilenen bir akış kesiti içinde meydana gelen MR akışkan akışının nümerik analizi yapılarak daimî ve daimî olmayan koşullarda akış alanı boyunca oluşan hız ve basınç alanları elde edilmiştir. Daimî akış analizlerinin ilkinde sürünme akışı koşullarında altı farklı ayrıklaştırma şemasına göre hız ve basınç alanları farklı Reynolds sayıları için elde edilmiştir. Bir diğer daimî analizde ise bobin sarım uzunluğunun (veya etkin bölge kalınlığının) kanal boyunca hız ve basınç alanlarına etkisi incelenmiştir. Zamana bağlı olarak gerçekleştirilen daimî olmayan çözümlerde piston hızı için sinüzoidal bir bağıntı kullanılarak sabit manyetik alan altında kuvvet-yer değiştirme, kuvvet-hız grafikleri elde edilmiştir.

Anahtar kelimeler: Manyetoreolojik akışkan, MR damper, Nümerik Analiz, Ayrıklaştırma, Paralel plakalar, Newton tipi olmayan akışkan, Herschel-Bulkley viskoz modeli

Abstract:
Magnetorheological (MR) dampers can absorb different forces at different speeds by offering the advantage of an adjustable damping coefficient instantly. This characteristic feature is made possible by the specially designed piston of the MR damper. The piston force can be adjusted depending on the magnitude of the magnetic field strength by passing an MR fluid affected by the magnetic field through a flow section in the piston exposed to the magnetic field. 
In this study, the Computational Fluid Mechanics (CFD) analysis of an MR fluid with non-Newtonian characteristics between parallel plates has been performed. The momentum equations discretized within the scope of CFD were made according to six different flow schemes and the numerical solution was carried out with a set of codes written in the MATLAB program. By presenting all the steps of these discretization in the most understandable way, It is aimed to develop an applicable numerical solver for two-dimensional flow fields that can be solved with a structured mesh for non-Newtonian MR fluid flow. 
In this study, the analysis of the flow occurring in the circular annuli was made by reducing the problem into parallel plates, and velocity and pressure fields along the flow field were obtained. Both steady and unsteady CFD analyzes were performed. In the first of the steady fluid flow case, velocity and pressure fields were obtained for different Reynolds numbers, according to six different discretization schemes in creeping flow conditions. In another steady case, the effect of coil length (or effective zone thickness) on velocity and pressure fields along the channel was investigated. For the unsteady fluid flow analysis conditions, the force-time, force-displacement and force-velocity graphs under constant magnetic field excitation are obtained by using a sinusoidal piston velocity for a relatively small-scale MR damper.

Keywords: Magnetorheological fluid, MR damper, Numerical analysis, Discretization, Parallel plates, non-Newtonian fluid, Herschel-Bulkley fluid