Analysis and control of complex flows in U-bends using computational fluid dynamics
U-dirseklerde oluşan kompleks akışın CFD modelleme kullanılarak analizi ve kontrolü
- Tez No: 383340
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MEHMET METİN YAVUZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Dirseklerde akış içerisindeki eylemsizlik ve merkezkaç kuvvetlerinin akışmazlık kuvvetine oranının artması akışı istikrarsızlaştırır ve içerisinde Dean vorteks olarak anılan akış yönünde ters dönüşlü vorteksleri barındıran üç boyutlu kompleks akış yapılarının oluşmasına sebep olur, bu yüzden akış yapısının analizi ve kontrolü kritik önem taşımaktadır. Buna ek olarak U-dirseklerdeki eğrilikten dolayı ses problemleri ve yapısal bozukluklarda kritik önem taşıyan yüksek türbülans değerleri oluşmaktadır. Bu tez çalışmasında, eğrilik yarıçapı 0.65 olan kare kesitli bir U-dirsekte oluşan kompleks akış şekillerini analiz ve kontrol etmek için ANSYS FLUENT kullanarak CFD modeller geliştirilmiştir. U-dirsek içerisindeki farklı açısal pozisyonlarda elde edilen hız profili tahminleri literatürde bulunan deneysel sonuçlar ve daha önceki nümerik çalışmalar ile kıyaslanmıştır. Yüksek doğruluk ve düşük hesaplama zamanı kriterleri göz önünde bulundurularak en iyi nümerik yaklaşımı önerebilmek için altı değişik türbülans modelin performansı değerlendirilmiştir, bu modeller: the standard k-ε, the k-ε Realizable, the k-ε RNG, the k-ω SST, the Reynolds Stress Model (RSM) and the Scale-Adaptive Simulation Model (SAS). Bu tez çalışmasının sonuçları, literatürdeki nümerik çalışmalara göre ilerlemeler göstermekte ve deneysel sonuçlar ile çok iyi bir şekilde örtüşmektedir. Bunlara ek olarak, akış kontrol tekniği olarak dirsek içerisine yerleştirilen kanat profilleri ile kanaldaki akış düzenlenmiştir. Bu teknik ile Dean vortekslerin yok edilmesi ve buna bağlı olarak akış kesitlerindeki türbülans seviyelerinde dikkate değer bir düşüş başarıyla sağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Analysis and control of flow structure is crucial in the sense that the increase in the ratio of inertial and centrifugal forces to viscous forces destabilizes the flow and creates a three-dimensional complex flow consisting of stream wise parallel counter-rotating vortices, so-called Dean vortices. In addition, due to the curvature in U-bends, in line with these vortices, a high level of turbulence is detected, which is quite critical in considering noise problems and structural failures. In this thesis, computational fluid dynamic (CFD) models are developed using ANSYS FLUENT to analyze and to control these complex flows patterns in square sectioned U-bend with a radius of curvature Rc/D=0.65. The predictions of velocity profiles on different angular positions of the U-bend are compared against the experimental results available in the literature and previous numerical studies. The performances of six different turbulence models are evaluated, namely: the standard k-ε, the k-ε Realizable, the k-ε RNG, the k-ω SST, the Reynolds Stress Model (RSM) and the Scale-Adaptive Simulation Model (SAS), to propose the best numerical approach that has high accuracy with reduced computation time. Numerical results of the present thesis show improvements with respect to the previous numerical studies and very good agreement with the available experimental results. In addition, a flow control technique with using airfoils inside the bend is applied to regulate the flow inside the duct. With this control technique, the elimination of Dean vortices along with significant reduction in turbulence levels in different cross flow planes are successfully achieved.
Benzer Tezler
- Doğal dolaşımlı güneş toplayıcısı ısıl analizi
The Thermal analysis of solar water heaters with natural circulation
AYLA YİĞİT
- İstanbul boğazı'nda kritik dönüş manevralarının simülatör tabanlı risk analizi: Aframax tanker örneği
Simulator-based risk analysis of critical turning manoeuvres in the istanbul strait: A case study of an aframax tanker
ALPER AKSU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUNUS EMRE ŞENOL
- Gemi etrafındaki sınır tabakanın incelenmesi
A Study on the boundary layer surrocnding ship hulls
BARIŞ BARLAS
- Akışkan yataklı kömür yakıcısı modeli ve ikinci kanun analizi
A Comprehensive model and the second law analysis of a fluidized bed coal compustor
NURDİL ESKİN
- Domuz ciğeri ve bezelye tohumundan diamin enziminin izolasyonu saflaştırılması ve özelliklerinin incelenmesi
The Isolation of DAO from pig liver and pea seedling and purification and specification
YÜKSEL GÜVENİLİR(AVCIBAŞI)