Farklı sıcaklıklardaki jetlerin akış ve ısıl karışım karakteristiklerinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Numerical and experimental investigation of flow and thermal mixing phenomena of jets at different temperatures
Yazar: BEŞİR KOK
Danışman: PROF. DR. YASİN VAROL
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, farklı sıcaklıklardaki jet akışlarının sınırlandırılmış bir kanal içerisindeki termofiziksel özellikleri deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmanın deneysel kısmı için bir deney seti imal edilmiş ve sayısal kısmı da Large Eddy Simulation türbülans modeli kullanılarak modellenmiştir. Akışkan olarak suyun kullanıldığı analizlerde paralel ve eş – merkezli olmak üzere iki tür jet modeli kullanılmıştır. Kanal içerisine farklı geometrik özelliklere sahip pasif engeller yerleştirilmiştir. Analizler jetler arası sıcaklık farkı ve momentum oranının fonksiyonu olan altı farklı sınır şartı için yapılmıştır.
Deneysel ve sayısal veriler analiz edilirken üç tür yaklaşım uygulanmıştır. Birinci yaklaşımda farklı sıcaklıklardaki jet akışlarının kanal boyunca ısıl karışım davranışları irdelenmiştir. İkinci yaklaşımda ısıl karışımın etkin olarak gerçekleştiği türbülanslı bölgedeki ısıl salınım davranışları analiz edilmiş ve bu salınımların kanal duvarları için ısıl gerilme kaynaklı bir risk oluşturup oluşturmadığı tespit edilmiştir. Üçüncü yaklaşımda ise belirlenen çalışma parametrelerinin jetlerin akış davranışları üzerindeki etkileri kapsamlı bir şekilde ele alınmıştır. 
Sonuçlar, bütün çalışma parametrelerinde jetler arası sıcaklık farkı arttıkça ısıl karışımın iyileştiğini göstermiştir. Jet momentum oranları değiştikçe ısıl karışım davranışları önemli ölçüde değişmiştir. Kanal içerisinde pasif engel kullanımı genel olarak daha iyi bir ısıl karışım sağlamıştır. Gözenekli engellerde engelin geçirgenliği arttıkça ısıl karışımda bir iyileşme görülmüştür. Bütün durumlarda etkin karışım bölgelerindeki baskın sıcaklık frekansının 5 Hz civarında olduğu tespit edilmiştir. Yüksek genlikteki bu sıcaklık salınımları bazı engel yerleştirilmiş durumlarda kanal duvarlarına ulaşmaktadır. Bazı durumlarda ise kanal duvarlarına ulaşmadan yığın sıcaklık içerisinde sönümlenmektedir. Kanal içerisinde engel kullanımı, genel olarak jetlerin türbülans bölgelerinin küçülmesine neden olmuştur. Deneysel ve sayısal veriler büyük bir doğruluk ile birbiriyle uyuşmaktadır.

Abstract:
In this study, thermophysical specifications of jets at different temperatures in a confined channel were investigated experimentally and numerically. An experimental setup was produced for experimental part of the study and Large Eddy Simulation turbulence model was used to simulate numerical part of the study. Parallel and Coaxial jet models were used in the analyses that water was used as working fluid. Passive obstacles that have different geometrical specifications were inserted into the channel. Analyses were carried out for six cases which are function of temperature difference between jets and different momentum ratios of the jets.  
	Three approaches were applied while analyzing the experimental and numerical data.  Thermal mixing behavior of the jets in the channel were investigated in the first approach. In the second approach, temperature fluctuating phenomena in turbulent region which effective thermal mixing occur were evaluated and it is identified that these fluctuations contain a thermal stress risk for the channel walls or not.  In the last approach, flow field phenomena of the jets were evaluated comprehensively.
	Results showed that mixing performance gets better with increasing temperature differences between jets for all working parameters. Thermal mixing behavior of the jets changes substantially with changing momentum ratios of the jets. Using passive obstacles into the channel lead better mixing performance in general. Mixing performance enhances with increasing porosity values of the passive obstacles. Dominant frequency of temperature fluctuations in the mixing region is captured as 5 Hz for all working cases. These high amplitude temperature fluctuations sometimes reach to the channel walls in obstacle cases and sometimes it dissipates inside bulk temperature before reach the walls. Using obstacles into the channel reduces the turbulent area in general. Experimental and numerical data correspond with each other with a great accuracy.