Newton tipi olmayan akışkanların kullanıldığı sprey akışlarının deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Experimental and theoretical investigation of spray flows with non-Newtonian fluids
Yazar: GÖKHAN BALIK
Danışman: PROF. DR. ABDURRAHMAN KILIÇ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Atomizör = Sprayer ; Ligamentler = Ligaments ; Newton olmayan = Non-newtonyen

Özet:
Bu çalışmada, Newton tipi olan ve olmayan temsili birer akışkan için, dört ayrı atomizör türü kullanılarak ve akış şartları değiştirilerek sprey oluşum mekanizmaları incelenmiştir. Seçilen akışkanların viskozite dışındaki tüm fiziksel özellikleri yaklaşık aynı olduğundan, elde edilen sonuçlar arasındaki farklar viskozite davranışları arasındaki farklarla ifade edilmiştir. Deneysel çalışmalar, Von Karman Enstitüsü'nün (VKI, Belçika) sprey laboratuvarında iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Öncelikle, yüksek hızlı kamera yardımıyla atomizör çıkışındaki parçalanma incelenmiştir. İkinci aşamada ise, Faz-Doppler İnterferometresi ölçüm sistemi yardımıyla damlacık hızı ve çap dağılımları elde edilmiştir. Deneysel sonuçlar arasındaki farklılıklardan bazıları, literatürdeki benzer çalışmalarla paralel olacak şekilde, uzama viskozitesi ile açıklanmıştır. Uzama viskozitesi yardımıyla açıklanamayan ligament oluşumu gibi faklılıklar ise, Newton tipi olmayan akışkanlardaki kayma akışına dik yöndeki gerilmeler kavramı ile ifade edilmiştir. Öte yandan, bu çalışmanın teorik kısmında, damlacık çapı dağılımlarının iki adet ortalama değerden yola çıkılarak hesaplanmasını sağlayan, Maksimum Entropi Oluşumu adlı bir yöntemi esas alan bir bilgisayar programı hazırlanmıştır. Programa girilmesi gereken ortalama değerler için deneysel sonuçlara ihtiyaç olsa da, sadece birer adet ortalama değer yoluyla, damlacık çapı dağılımları büyük bir yaklaşıklıkla elde edilebilmektedir.

Abstract:
In this study, mechanisms of spray formation have been investigated for two representative Newtonian and non-Newtonian fluids, by using four different atomizers and varying the flow conditions. Since all the physical properties, excluding the viscosity, are the same for the selected fluids, the differences in the obtained results are explained in terms of differences in the viscosity behaviors. The experimental studies are performed in two stages, at the water spray laboratory of the Von Karman Institute (VKI, Belgium). First, disintegration in the downstream of the atomizer is examined by the help of a high speed camera. While at the second stage, droplet velocity and diameter distributions are obtained by the aid of the Phase-Doppler Interferometer measurement system. Some of the experimental results are explained by the extensional viscosity, in parallel with the similar studies in literature. The differences such as ligament formation, which can not be explained by the extensional viscosity, are justified by the concept of normal stresses perpendicular to the shear flow for non-Newtonian fluids. On the other hand, in the theoretical part of this study, a computer program is developed, which enables the calculation of droplet diameter distributions from two average values, based on a method called the Maximum Entropy Formalism. Although experimental results are required for the two input values of the computer program, droplet diameter distributions can be obtained with a good approximation.