Geri basamak geometrisinde akış ve ısı transferi karakteristikleri üzerine etki eden parametrelerin farklı deney tasarımı yöntemleri ile araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, geri basamak geometrisinde gerçekleşen akışlarda akış ve ısı transferi karakteristikleri üzerine etki eden parametrelerin etkileri ve birbirleri ile olan etkileşimleri farklı deney tasarımı yöntemleri ile araştırılmıştır. Literatürde yer alan deneysel bir çalışmanın sayısal olarak modellemesi yapılmış, iki boyutlu, sıkıştırılamaz ve türbülanslı akış kullanılarak bu deneysel çalışmanın sonuçlarına sayısal yöntemlerle ulaşılmıştır. Ardından bu deneysel çalışmanın geometrik boyutlarında modifikasyonlar yapılarak farklı genişleme oranları, basınç gradyenleri ve türbülans seviyeleri altında geri basamak akışının akış ve ısı transferi davranışları incelenmiştir. ANSYS Fluent Student 2020 R1 programdaki farklı algoritmalar ve türbülans modelleri kullanılarak gerçekleştirilen sayısal çalışmalarda yeniden birleşme bölgesinin genişleme oranı ve basınç gradyeni arttıkça büyüdüğü; ısı transferinin ise basınç gradyeninin artmasına bağlı olarak arttığı, fakat genişleme oranının artmasına bağlı olarak azaldığı görülmüştür. MINITAB 20 istatistik programı kullanılarak gerçekleştirilen deney tasarımı çalışmalarında da genişleme oranının diğer parametrelere göre ısı ve akış karakteristikleri üzerinde yüzdesel olarak daha yüksek etkiye sahip olduğunu görülmüştür. Ayrıca akışa etki eden parametrelerin akış ve ısı transferi karakteristiklerinin maksimizasyonu için optimizasyon gerçekleştirilmiştir.

In this study, the effects of the parameters affecting the flow and heat transfer characteristics of the flow in the back step geometry and their interactions with each other were investigated with different experimental design methods. An experimental study in the literature has been modeled numerically, and the results of this experimental study have been reached by numerical methods using two-dimensional, incompressible and turbulent flow. Then, the flow and heat transfer behaviors of the backward facing flow under different expansion rates, pressure gradients and turbulence levels were investigated by making modifications to the geometric dimensions of this experimental study. Numerical studies using different algorithms and turbulence models in the ANSYS Fluent Student 2020 R1 program showed that the reattachment zone grew as the expansion rate and pressure gradient increased; on the other hand, it was observed that the heat transfer increased due to the increase of the pressure gradient, but decreased due to the increase in the expansion rate. In the experimental design studies carried out using the MINITAB 20 statistical program, it was observed that the expansion ratio had a higher percentage effect on the heat and flow characteristics than the other parameters. In addition, optimization was carried out to maximize the flow and heat transfer characteristics of the parameters affecting the flow.