Çarpan jet termoakışlarında iki denklemli türbülans modelleri için model sabitlerinin modifikasyonu

Abstract

Isıl çarpan jet akışları yüksek ısı transferi artırımı yüzünden yaygın kullanım alanına sahiptir. Ayrıca literatürde akış ayrılmasına sahip karmaşık bir problem olmasından dolayı da türbülans modellerinin uygunluğunun test edilmesinde de sıklıkla kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında ANSYS-FLUENT yazılımı kullanılarak farklı sınır şartlarına sahip 4 farklı impinging jet geometrisi üzerinde k-ɛ türbülans modelleri ile alt (hedef) plaka üzerindeki yerel ısı transferi hesaplamalı olarak araştırılmış ve literatürdeki deneysel çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Std. k-ɛ türbülans modelinin başta çarpma noktası olmak üzere ısı transferini iyi tahmin etmediği bilinmektedir. Bundan dolayı, std. k- ɛ modeli ve yaygın olarak kullanılan diğer iki k-ɛ modelinin model sabitlerinden ikisi modifiye edilerek ısı transferini iyileştirip iyileştirmedikleri araştırılmıştır. Std. k-ɛ modeli ağ yapısının iyi oluşturulması ve giriş sıcaklığının düşürülmesiyle ısı transferi tahminini sınırlandırılmış ve sabit yüzey sıcaklığına sahip geometride iyileştirmesine rağmen, katsayıların modifikasyonu kayda değer bir iyileştirmeye sebep olmamıştır. Dolayısıyla std. k-ɛ türbülans modeli ısıl çarpan jet akışlarının tahmininde kullanılacaksa katsayıların modifikasyonundan ziyade duvar fonksiyonunun kullanma şartlarına dikkat edilmesi önerilmektedir.

Impinging jet thermoflows are widely used due to high heat transfer enhancement. These flows are treated as complex flows because of separation, and they are also often used for the suitability of turbulence models. In this thesis, local heat transfer on the lower (target) plate is investigated computationally for 4 different impinging jet geometries with different boundary conditions with k-ε turbulence models by using ANSYS-FLUENT software. It is well known that std. k- ɛ model has a bad performance especially in the prediction of the stagnation point heat transfer. Therefore, it has been investigated whether heat transfer is improved by modifying two model constants of three k- ɛ turbulence models. Although heat transfer prediction in confined and constant wall temperature impinging jet geometry has been improved by considering carefully nearwall mesh structure and decreasing inlet air temperature, modifications of model constants do not cause considerable improvements. So it has been suggested that it must be paid attention to wall function usage conditions instead of model constants modifications.