Numerical investigation of condensation in vertical pipes using lee model
Düşey borularda yoğuşmanın lee modeliyle sayısal incelenmesi
- Tez No: 985662
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ KENAN KAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Aydın Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yoğuşma olgusunun anlaşılması, ısı değiştiriciler, HVAC sistemleri ve nükleer reaktör sistemlerinde ısıl performansın ve güvenliğin artırılması açısından büyük önem taşımaktadır. Yoğuşma davranışının doğru tahmin edilmesi, tasarım ve işletme süreçlerinin optimize edilmesine katkı sağlar; ancak karmaşık arayüz dinamikleri ve faz değişimi nedeniyle sayısal modelleme halen zorluklar barındırmaktadır. Bu çalışmada, buhar–hava karışımının yoğuşma süreci Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) yöntemiyle sayısal olarak incelenmiştir. ANSYS Fluent yazılımında, 126.000 Pa giriş basıncına sahip kararlı durum basınca dayalı çözücü kullanılmış; çok fazlı karışım modeli ile birlikte fazlar arası kütle transferi için Lee faz değişim modeli uygulanmıştır. Model, Murase ve ark. (2023) tarafından gerçekleştirilen deneysel düzenekle uyumlu şekilde, 49.5 mm çapında ve 610 mm soğutma uzunluğuna sahip düşey bir boru sistemini temsil etmektedir. Çalışmada 0.50 ile 0.75 arasında değişen hava kütle debisi oranları, 191.4 °C'ye kadar aşırı ısıtılmış giriş sıcaklıkları ve 56.2 kW/m²'ye varan ısı akı değerleri test edilmiştir. Ansys Fluent çözümlemesinde, gelişmiş duvar işlemesine sahip standart k-ε türbülans modeli kullanılmış ve sonuçların güvenilirliğini sağlamak amacıyla ağdan bağımsızlık çalışması yapılmıştır. Girişten 240 mm uzaklıktaki boru duvarı sıcaklıkları 160 °C ile 41.15 °C arasında tahmin edilmiş ve deneysel verilerle uyum sağlamıştır; ayrıca bu uyum, Lee modeli frekansı artırıldıkça (1, 10, 20, 30) daha da iyileşmiştir. Boyutsuz duvar uzaklığı (y⁺) değeri 1 civarında kalmış, bu da duvar yakınında çözünürlüğün yeterli olduğunu göstermektedir. Bu bulgular, karmaşık akış koşulları altında CFD yönteminin yoğuşma davranışını güvenilir şekilde yakalayabildiğini ortaya koymaktadır. Elde edilen doğrulanmış sonuçlar, etkin ısı transferi gereken ısıl sistemlerin gelecekteki tasarım iyileştirmeleri için pratik bir kılavuz sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Understanding condensation is vital for improving the thermal performance and safety of heat exchangers, HVAC units, and nuclear reactor systems. Accurate prediction of condensation behavior helps optimize design and operation, yet numerical modelling remains challenging due to complex interfacial dynamics and phase change. This study presents a numerical investigation of steam–air mixture condensation using Computational Fluid Dynamics (CFD). A steady-state pressure-based solver with an inlet pressure of 126,000 Pa was applied in ANSYS Fluent, using the Mixture multiphase model with the Lee phase-change model for interphase mass transfer. The model replicates the experimental setup of Murase et al. (2023), which included a vertical pipe with a diameter of 49.5 mm and a cooling length of 610 mm. Air mass flow ratios between 0.50 and 0.75, superheated inlet temperatures up to 191.4 °C, and heat fluxes up to 56.2 kW/m² were tested. The chosen setup in Ansys Fluent uses the standard k-ε turbulence model with enhanced wall treatment and a mesh independence study to ensure result reliability. Predicted wall temperatures at 240 mm from the inlet ranged from 160 °C to 41.15 °C and matched experimental results, improving in accuracy with increased Lee model frequencies (1, 10, 20, 30). The dimensionless wall distance (y⁺) remained near 1, confirming good near-wall resolution. These findings show that CFD can reliably capture condensation behavior under complex flow conditions. The validated results provide practical guidance for future design improvements in thermal systems where efficient heat transfer is required.
Benzer Tezler
- Computational investigation of thermal performance enhancement in heat pipes
Isıl borularda ısıl performans geliştirmeye yönelik sayısal çalışma
ÖMER ÇİFTÇİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYDIN MISIRLIOĞLU
- An investigation into hydrophobic micro-textured surfaces on heat transfer and surface wetting phenomenon during vapor condensation
Hidrofobik mikro-talaşlanmış yüzeylerde buhar yoğuşmasında oluşan ısı transferi ve yüzey ıslanma olgusunun incelenmesi
THAMER KHALIF SALEM SALEM
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ARIK
DR. METE BUDAKLI
- İki parametreli zemine oturan betonarme yapıların doğrusal olmayan hesabı ve görsel tabanlı bir bilgisayar yazılımı
Nonlinear analysis of reinforced concrete structures on two-parameter soil model and visual computer software
ONUR AVCIOĞLU
Doktora
Türkçe
2015
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENGİN ORAKDÖĞEN
- Devrelerin büyük işaret cevaplarının bilgisayar yardımıyla bulunması
Başlık çevirisi yok
NÜKHET GÜNEYİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUludağ ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGÜR TÜTÜNCÜOĞLU
- Diesel motorları yakıt püskürtme sistemlerinin dinamik simülasyonu
Başlık çevirisi yok
İRFAN KARAGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ BORAT