İki plaka arasına yerleştirilmiş elips silindir üzerindeki akış yapısının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of flow structure over an elliptic cylinder located two parallel plates
Yazar: HÜSEYİN TURAN ARAT
Danışman: PROF. ALİ KOÇ
Mustafa Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı değiştiriciler = Heat exchangers ; Paralel levhalar = Parallel plates ; Vorteks = Vortex

Özet:
Bu çalışmada iki düzlem plaka arasına yerleştirilmiş farklı görünüş oranlarına (uzun çap / kısa çap) sahip elips silindir etrafında oluşan akış yapısı, paralel düzlem plakalarla elips silindirin birleşim bölgelerinde, Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçme (PIV) tekniği ile detaylı olarak incelenmiştir. Reynolds sayısının Red=1.500-10.000 değerleri, Görünüş Oranı (GO) = 1-2.33 aralığında deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmada iki düzlem plaka ile elips silindir birleşim bölgesinde oluşan akış yapısı görüntüleri ön ve arka yan görünüşler (side-view) ve üst görünüşler (plan-view) şeklinde uygulanmıştır. Akış yapısının oluşturduğu 3-boyutlu karmaşık yapıda, deneylerden elde edilen anlık ve zaman-ortalama hız alan vektörleri , akım çizgileri < ? > ve girdap kontur < ? > verileri elde edilmiştir. Deneylerde akış yapısında oluşan kritik durma noktaları tanımlanmış, akışa etkilerinden bahsedilmiştir. İki paralel plaka ve elips silindir ile sınırlandırılmış akım alanı içerisinde meydana gelen akış yapısının incelenmesi, ısı değiştiricilerin tasarımı ve optimizasyonu açısından büyük önem taşımaktadır. Isı değiştiricilerinde genellikle dairesel silindir geometrisi kullanılmaktadır. Bu çalışmada dairesel silindir yerine elips silindir kullanılması durumunda akışın nasıl olacağının incelenmiş ve karşılaştırması yapılmıştır. Ayrıca plaka ve elips silindirin kesişim bölgesinde oluşan, ısı değiştiricileri uygulamalarında önemli bir yer tutan At Nalı Girdap (ANG, horseshoe) diye adlandırılan girdaplar değişik Reynolds sayılarında deneysel olarak incelenmiştir. Elips silindirinin ön kısmında, akışın elips silindir etkisine girmesi ile birlikte plaka yüzeyinde bir durma noktası oluşmakta ve neticesinde, 3-boyutlu akış ayrılmalarına sebep olduğundan, karmaşık bir akış yapısı yaratılmaktadır. Sonuç olarak, elips silindir ile plakaların kesişim noktasına yakın bölgelerde, ANG şeklinde girdaplar oluşmaktadır. Elips silindir ön tarafında oluşan akış yapısında, artan Reynolds sayı değerleriyle birlikte ANG' ların boyutlarının küçüldüğü ve şiddetlerinin arttığı tespit edilmiştir. ANG yapısının dairesel silindirlerde düzlem plakalar ile elips silindir birleşme bölgelerinde oluşturduğu dairesel girdap yapısı, geometriye bağlı olarak GO artmasıyla elips silindirlerde eliptik bir yapı almıştır. Oluşan eliptik yapı, elips silindir de akış yapısını daha çalkantılı bir hale getirmiş ve elips silindir arkasında oluşan ölü akış bölgesini daraltmıştır. Akış yapısının çalkantılı bir hal alması, ANG' ların oluşumunu ve yapısını etkilemektedir. Artan Reynolds değerleri ile elips silindirde oluşan ANG yapısına paralel olarak elips silindir arkasında ölü akış bölgesinin daralması söz konusudur. Daralan ölü akış bölgesi basınç kayıplarını artırsa da, çalkantılı yapıyı fazlalaştırdığı için elips silindirin ısı geçişini dairesel silindirlere göre daha iyileştirmiştir. Bu yüzden ısı değiştiricileri uygulamalarında elips silindir kullanımının ısı geçişi bakımından, dairesel silindir kullanımından daha verimli olacağı öngörülmektedir.

Abstract:
In this study, formed around the flow structure an ellipse cylinder which has different aspect ratios, located between two plane plates, in the parallel plane plate ellipse cylinder combination of the regions, was investigated with Particle Image Velocity (PIV) technique in detail. Experimental studies were carried out with Reynolds number Re d = 1500-10000 values and in the range of aspect ratio (AR) = 1-2.33. Experimental study of two plane plates with elliptical cylinder combination in which the flow structure of images, front and side views and top views (plan-view), was applied. Flow structure creates three-dimensional complex conformation, the experiments obtained from instantaneous and time-average velocity field vectors , streamlines < ? > and vortex contour < ? > data were obtained. In the experiments, the flow structures created in the critical stopping points have defined and discussed in the flow effects. Elliptical cylinder bounded by two parallel plates and flow field flow structures that occur in the investigation, design and optimization of heat exchangers is great importance of in terms. In manufacturing of heat exchangers usually use circular cylinder geometry. In this study, elliptical cylinder used instead of a circular cylinder, in the case of how the flow was examined and compared. Also on the plate and create on the intersection of the ellipse cylinder, an important place for the heat exchanger applications "HV, Horseshoe," the so-called vortex at different Reynolds numbers were investigated experimentally. In front of the ellipse cylinder, the effect of the flow enters with the ellipse cylinder, on the surface of plates a stopping point formed and as a result, three-dimensional flow is due to leave, and create a complex flow structure. As a result, near the intersection of the plates with elliptical cylinders in areas where, "HV"-shaped vortex is formed. Flow structure in front of the ellipse cylinder, with increasing Reynolds number values HV's size become smaller and their intensity were increased. HV structure of in the plane plate with the elliptical cylinder, circular cylinder combines a circular vortex structure formed in the region; depending on the geometry of an elliptic cylinder AR elliptical structure was increased. The elliptical structure formed the flow structure of elliptic cylinders and elliptic cylinders made more turbulent back flow in the wake region which has collapsed. Receive a state of turbulent flow structure; HV's formation and structure are affected. Elliptical cylinder with increasing Reynolds values occurring in elliptical cylinder parallel to the HV conformation behind the contraction of the flow in question is dead. Increased pressure loss narrowed, although the wake region flow, the turbulent structure for more elliptical cylinder heat transfer than the circular cylinder has improved. So the Elliptical cylinders using heat exchanger applications in terms of heat transfer is expected to be more efficient use rather than a circular cylinder.