Computational investigation of hydrodynamics of viscoelastic fluids flowing around square cylinder and complex fluid rheology via magnetic resonance imaging
Kare kesitli silindir etrafındaki viskoelastik akış dinamiğinin sayısal olarak incelenmesi ve karmaşık akışkan reolojisinin manyetik rezonans ile görüntülenmesi
- Tez No: 442290
- Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ULUDAĞ, DOÇ. DR. KERİM YAPICI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kare kesitli silindir, PTT akışkan, Oldroyd-B akışkan, Sonlu Hacim Methodu, CUBISTA, MRI, Square cylinder, PTT fluid, Oldroyd-B fluid, Finite volume method, CUBISTA, MRI
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Akışa dik olan, özellikle, kare kesitli silindir yüzeyler üzerinden olan akışlar, akışkan mekaniği çalışmalarında uzun süredir ilgi çekmektedir. Kare kesitli silindir üzerinden olan akış, çeşitli ısı değiştiricilerde, kaplama ve zar süreçlerinde, ekstruder gibi mühendislik uygulamalarında önemli rol almaktadır. Bu tür akışlar, akış ayrılması, girdap ve sürüklenme oluşumları gibi karmaşık olaylar içermektedir. Bu çalışmanın temel amacı viskoelastik akışkanların sınırlandırılmış kare kesitli silindir üzerinden olan akışlarının sayısal olarak incelenmesidir. Phan-Thien Tanner (PTT) ve Oldroyd-B viskoelastik yardımcı gerilim eşitlikleri kullanılmıştır. Sonlu hacimler methodu uygun olan sınır koşulları ile birlikle, birbirlerine kuvvetli bağlı süreklilik, hız ve yardımcı gerilim eşitliklerini çözümlemek için kullanılmıştır. Hız ve yardımcı gerilim eşitliklerindeki, konveksiyon terimleri için yüksek dereceli ve sınırlandırılmış CUBISTA şeması, hassas sayısal çözüm eldesi için kullanılmıştır. Bu çalışmada, Reynolds sayılarının, elastisitenin ölçüsü olarak Weissenberg sayılarının ve de yardımcı gerilim eşitliklerindeki parametrelerin, akış alanındaki hız ve gerilim bileşenlerine, devir-daim uzaklığına, sürüklenme katsayısılarına olan etkileri detaylıca incelenmiş ve sunulmuştur. Newtonumsu ve viskoelastik akışkanların karesel silindir üzerinden olan, normal gerilim bileşenlerinden kaynaklı davranış farklılıkları vurgulanmıştır. Sayısal yöntemi doğrulamak için, Newtonumsu akışkan içerisine daldırılmış silindir etrafındaki hız alanı, Parçacık Görüntüleme Hız tekniği kullanılarak incelenmiştir. Deneysel ölçümlerin ve sayısal sonuçların nitekliksel olarak gayet uyumlu olduğu görülmüştür. Karboksimetil selüloz ve Carbopol gibi karmaşık yapıdaki çözeltilerin dinamik ve durağan reolojik ölçümleri detaylı bir şekilde sunulmuştur. Dinamik ölçümlerde, Manyetik Rezonans Görüntüleme tekniği kullanılmıştır.
Özet (Çeviri)
The flow past bluff bodies, especially cylinders, have been an attraction in all kinds of fluid mechanical investigations for a long time. The analysis of external flow past a square cylinder is a key to various engineering applications such as shell and tube heat exchangers, coating processes, cooling towers, extruders and membrane processes. It involves complex phenomena like flow separation and reattachment, drag formation. In the present study, the main objective is to investigate flow of a viscoelastic fluid around a confined square obstacle computationally. Phan-Thien Tanner (PTT) and Oldroyd-B are used as constitutive viscoelastic fluid models. Finite volume method is employed to solve coupled equations of continuity, motion and constitutive model along with appropriate boundary conditions. The stress terms in the momentum and constitutive equations are approximated by a higher-order and bounded scheme of Convergent and Universally Bounded Interpolation Scheme for the Treatment of Advection (CUBISTA) to get accurate numerical solutions. Effects of inertia in terms of Reynolds number Re, elasticity in terms of Weissenberg number, We, and constitutive equation parameters on the recirculation length, drag coefficients, Cd and on the flow field in terms of stress and velocity fields are examined and presented in detail. Differences between the behavior of Newtonian and viscoelastic fluids flowing such over square cylinder as the normal stress effects are highlighted. In order to verify the computational methodology employed, Particle Image Velocimetry technique was used to get velocity field around the immersed cylinder in the case of Newtonian fluid. Experimental measurements and computational results compared well qualitatively. Online and offline rheological measurements on complex fluid such as Carboxylmethyl cellulose, and Carbopol solutions fluid flow is presented in detail. Magnetic Resonance Imaging (MRI) are used for online measurements.
Benzer Tezler
- Numerical investigation of stirred tank hydrodynamics
Karıştırma tankı hidrodinamiğinin nümerik incelenmesi
KERİM YAPICI
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
Y.DOÇ.DR. YUSUF ULUDAĞ
- Akışkan yatak içerisindeki gaz-katı iki fazlı akışın hidrodinamiğinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of gas-solid two phase flow hydrodynamics in a fluidized bed
ÖZGÜR BAYSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞENOL BAŞKAYA
- Gemi etrafındaki akışın hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi kullanılarak incelenmesi
Investigation of the flow surrounding the ship by using computational fluid dynamics
YAVUZ HAKAN ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Gemi MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAMER YILMAZ
- Gemi pervane yüzeyinde tabaka kavitasyonunun sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of sheet cavitation on a marine propeller
SERKAN EKİNCİ
Doktora
Türkçe
2007
Gemi MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT GÜNER
- Su altı akıntı türbinlerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği modelinin kurulması ve farklı kanat tasarımlarının performanslarının incelenmesi
CFD modelling of marine current turbines blades and performance analysis of different blades geometries and pitch angles
MUSTAFA GÖKHAN ŞANLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SEDAT KABDAŞLI