Yüksek blokajlı kanal içinde ardışık iki silindir etrafında akış

Abstract

Son yıllarda, yüksek blokaj etkisinde ard arda silindirler etrafında laminer akış için ısı ve akış karakteristiklerinin incelenmesi önemli bir konu haline gelmiştir. Ard arda dizili silindirler etrafından akışın incelenmesi konusu; uçaklar, arabalar, yüksek katlı binalar, gemiler, deniz altılar, türbinler, köprü ayakları, ısı değiştiriciler ve fabrika bacaları gibi uygulama alanlarından dolayı kayda değer bir öneme sahiptir. Bu çalışmada ard arda silindirler etrafında yüksek blokaj etkisinde laminer akış için ısı ve akış karakteristikleri nümerik olarak incelenmiştir. İki boyutlu Navier-Stokes ve Enerji Denklemleri ANSYS-CFX v.13.0 kullanılarak sıkıştırılamaz akış için çözümlenmiştir. Blokaj oranı sırasıyla 0.6-0.7-0.8 ve Reynolds sayısı 40 olarak belirlenmiştir. Silindirler arası mesafe sabit silindir çapı ile orantılı olarak 0.2-0.7-1.0-1.5-3.0-4.0 D olarak seçilmiştir. Ön ve arka silindirler için statik basınç, kayma gerilmesi ve ısı transfer katsayıları değerleri hesaplanıp tartışılmıştır. Yapılan analiz sonuçlarına göre statik basınç değerleri ön silindir için silindir üstünde en düşük değere ulaşıp daha sonra artmaya başlamıştır. Arkadaki silindir için silindirler arası mesafe ile statik basınç değerleri düşmüş ayrılma noktasından sonra ise yükselmiştir. Belli bir kritik silindirler arası mesafeden sonra arkadaki silindir tek silindir gibi davranıp öndeki silindirden etkilenmemiştir. Kayma gerilmesi değerleri de arkadaki silindir için statik basınç değerleri ile karşılaştırıldığında aynı doğrultuda bir dağılım göstermiştir. Öndeki silindir için ise kayma gerilmesi dağılımları tüm silindirler arası mesafe değerlerinde oldukça birbirlerine yakın değerler bulunmuştur. Isı transfer katsayısı değerleri de arkadaki silindir için 0 - 3.5 W/m2K, öndeki silindir içinse 0-7.5 W/m2K arasında değişmiştir. Öndeki silindirde ise ısı transfer katsayıları silindirler arası mesafe arttıkça düşüyor belli bir ayrılma noktasından sonra ise silindirler arası mesafe değişse bile neredeyse aynı ısı transfer katsayıları bulunmuştur. Ayrıca ön ve arka silindir için ayrılma açıları hesaplanmıştır. Ayrılma açıları öndeki silindirde silindirler arası mesafeden bağımsız ve eşit sırasıyla blokaj oranı 0.6-0.7-0.8 için öndeki silindir ayrılma açıları 41.37°-39.19°-37.01° değerleri bulunmuştur. Arka silindir içinse silindirler arası mesafe arttıkça azalan ayrılma açıları bulunmuştur.

Heat and flow characteristics of laminer steady flow across two tandem cylinders under strong blockage, has been an important topic in recent years. This subject of flow across two tandem cylinders is significant interest in many application fields such as planes, cars, high-rise buildings, ships, submarines, turbines, piers of bridge, heat exchangers, factory chimneys. In this thesis, heat and flow characteristics of laminar steady flow across two tandem circular cylinders (CC) were numerically investigated. Two dimensional Navier Stokes and energy equations were solved with ANSYS-CFX v13.0 for incompressible flow under steady state conditions. The blockage ratio (b=B/H) were held respectively 0.6-0.7-0.8 and the Reynolds number (Re) was 40. The distance between circular cylinders were chosen 0.2-0.7-1.0-1.5-3.0-4.0 D and static pressure, shear stress and heat transfer coefficients on the upstream (front) and downstream (back) cylinders were calculated and discussed. For results; on the top of the upstream cylinder static pressure values reach a minimum value and then they tend to increase. For the downstream cylinder with increasing gap ratio static pressure values decrease and after the separation point they increase. After a critical gap ratio the downstream cylinder acts as one cylinder and is not affected by the presence of upstream cylinder. Likewise in the static pressure distribution there is also same pattern can be seen for the downstream cylinder when shear stress distribution values are compared. Shear stress distribution for the upstream cylinder is almost same for all gap ratios. Convective heat transfer values for the downstream cylinder range from 0 to 3.5 W/m2K, for the upstream cylinder values range from 0 to 7.5 W/m2K. Convective heat transfer values for the upstream cylinder decrease to separation point and after that point with increasing gap ratio value convective heat transfer values almost same. Also for the downstream and the upstream cylinders were calculated separation points. For the upstream cylinder separation points were founded independent from gap ratios and respectively for b=0.6-0.7-0.8 to s-ön=41.37°-39.19°-37.01°. For the downstream cylinder with increasing gap ratio separation point values decrease.