Numerical study on heat transfer and pressure drop characteristics of supercritical CO2 flow near critical point through microtubes
Mikroborularda kritik noktaya yakın süperkritik CO2 akışının ısı transferi ve basınç düşüşü özellikleri üzerine sayısal çalışma
- Tez No: 979680
- Danışmanlar: PROF. DR. HOJİN AHN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yeditepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Süperkritik CO2 akışının psödokritik bölge yakınındaki kaldırma kuvveti ve termal ivme etkileri, literatürde ısı transferini artırma mekanizması olarak yaygın olarak belirtilmiştir. Ancak, çoğu yayın türbülanslı akışlarla ilgilenmekte ve bu etkilerin akış yapısını nasıl değiştirdiği ve ısı transferini nasıl artırdığı konusundaki ayrıntıları tartışmamaktadır. Mevcut çalışma, mikrotüpler boyunca yerçekiminin tersi yönde sCO2 akışında, özellikle düşük Reynolds sayılarında 0,5 mm çapında ve yüksek Reynolds sayılarında 0,847 mm çapında ısı transferini artıran mekanizmaları sayısal olarak incelemiştir. Isı transferi artışı, düşük Reynolds sayıları için M şeklindeki hız profilinin ortaya çıkması ve kaybolmasıyla yakından ilişkili olduğu tespit edilmiştir. M şeklindeki hız profili kaldırma kuvveti etkisiyle oluşmaya başladığında, ısı transfer katsayısının ilk yerel maksimum değeri, sınır tabakası tarafından sürüklenen akışkanın duvar bölgesinden termal ivmelenmesi olarak ortaya çıkmıştır. Akışkan sürüklenmesi, termal enerjiyi duvardan çekirdeğe doğru taşıması ile ısı transferini iyileştirmiştir. Sonuçlar, yüksek Reynolds sayılarında yer çekiminin ısı transferi özellikleri üzerinde önemli bir etkisinin olmadığını göstermiş olup; bu durum kaldırma kuvvetinin sCO2 akışının ısı transferi davranışında önemli bir rol oynamadığı anlamına gelmektedir. M şeklindeki profil düşük Reynolds sayısında çekirdek bölgesindeki termal ivmelenme nedeniyle kaybolmaya başladığında, bazı durumlarda zıt yöndeki iki kuvvetin geliştirdiği ani türbülans nedeniyle ikinci maksimum ortaya çıkmıştır: bir kuvvet M şeklindeki profildeki yerel maksimum hızının konumunu sürüklerken, diğeri çekirdek bölgesini hızlandırır. İkinci maksimum yüksek Reynolds sayısında yüksek atalet kuvveti nedeniyle gözlenmezken, herhangi bir konumdaki negatif radyal hız ısı transfer katsayısını artırmak için önemli olmaktadır. Ayrıca tez çalışması kapsamında, basınç düşüşü, yüzey pürüzlülüğü, LES simülasyonlarını kullanma imkanı ve RANS modelinin olası modifikasyonları hakkında önemli sonuçlar verilmiştir.
Özet (Çeviri)
The buoyancy and thermal acceleration effects of sCO2 flow near the pseudo-critical region have been widely mentioned as the mechanism of heat transfer enhancement in the literature. However, most publications deal with turbulent flows and do not discuss the details of how these effects alter flow structure and enhance heat transfer. The present study numerically examined the mechanisms that enhance heat transfer in upward sCO2 flow through microtubes, specifically 0.5 mm in diameter at low Reynolds numbers and 0.847 mm in diameter at high Reynolds numbers. The heat transfer enhancement was closely associated with the appearance and disappearance of the M-shaped velocity profile for the low Reynolds numbers. When the M-shaped profile started forming by the buoyancy effect, the first local maximum of the heat transfer coefficient appeared as the thermal acceleration of the boundary layer entrained fluid from the wall region. The fluid entrainment carried thermal energy from the wall toward the core, thus enhancing the heat transfer. At high Reynolds numbers, the results showed that gravity has no significant impact on heat transfer characteristics, suggesting that buoyant forces do not play a crucial role in the heat transfer behavior of sCO2 flow. When the M-shaped profile started disappearing due to the thermal acceleration in the core region at low Reynolds number, the second maximum appeared in some cases due to abrupt turbulence developed by two forces in the opposite direction: one force dragging the local maximum velocity in the M-shaped profile and the other force accelerating the core region. As the second maximum is not observed due to high inertia force at the high Reynolds number, negative radial velocity at any location is significant for increasing the heat transfer coefficient. It also concluded with important remarks on pressure drop, surface roughness, the possibility of using LES simulations, and the possible modification of the RANS model.
Benzer Tezler
- Effect of geometrical parameters on heat transfer and pressure drop characteristics of plate fin and tube heat exchangers
Düz kanat boru tipi ısi değiştirgeçlerinin geometrik parametrelerinin ısi transferi ve basinç düşümü karakteristiklerine etkisi
ALI J. ABBAS
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. AYTUÇ EREK
- Isı değiştiricilerde farklı delikli konik halkaların ısı transferi ve basınç düşümüne etkisinin sayısal yöntemlerle incelenmesi
Investigation of the effect of different perfored conical rings on heat transfer and pressure drop in heat exchangers using numerical methods
MEHMET BURAK KALFA
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERMAN ASLAN
- Düz ve helisel borularda koruge yüzeylerin kullanımının ısı geçişi karakteristiklerine etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the effect of using corrugated surfaces on heat transfer characteristics in straight and helically coiled tubes
ŞAFAK METİN KIRKAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET SELİM DALKILIÇ
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ CELEN
- Sabit manyetik alan etkisi altında dairesel kesitli kanal içerisinde akan ferro nanoakışkanın akış ve ısı transferi karakteristiklerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of flow and heat transfer characteristics of ferro nanofluid flowing in a circular sectional channel under the effect of constant magnetic field
EDİP TAŞKESEN
Doktora
Türkçe
2021
EnerjiKarabük ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ENGİN GEDİK
- Hibrit oluklu kanallarda kanatçıkların akış ve ısı transferine etkisinin sayısal incelenmesi
Numerical investigation of the effect of winglets on flow and heat transfer in hybrid corrugated channels
DOĞUKAN UYSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiÇankırı Karatekin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELMA AKÇAY