DİK AKIŞA MARUZ BİR SİLİNDİR ÜZERİNDEN OLAN ISI TRANSFERİNİN SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Benzer belgeler
HİDROJEN-METAN KARIŞIM YANMASINDA YANMA MODEL SABİTİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ

SABİT-KUTUP YAKLAŞIMI KULLANILARAK TELEKONFERANSTA ODA AKUSTİK EKO YOK ETME

16. Dörtgen plak eleman

Tek Yönlü Varyans Analizi (ANOVA)

Kapak Mansabında Batmış Hidrolik Sıçramanın Deneysel ve Sayısal Modellenmesi *

MAK354 Isı Mühendisliği Genel Sınav Soru ve Cevapları Mustafa Eyriboyun

MOD SÜPERPOZİSYONU İLE ZAMAN TANIM ALANINDA ÇÖZÜM

PARAMETRİK OLMAYAN HİPOTEZ TESTLERİ. χ 2 Kİ- KARE TESTLERİ. Doç.Dr. Ali Kemal ŞEHİRLİOĞLU Araş.Gör. Efe SARIBAY

PARAMETRİK OLMAYAN HİPOTEZ TESTLERİ

ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ KMB 405 KİMYA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI - 3

ÇEV 314 Yağmursuyu ve Kanalizasyon. Nüfus Projeksiyonları

ANOVA. CRD (Completely Randomized Design)

Yük Yoğunluğu ve Nokta Yük İçeren Elektrik Alan Problemlerinin Sınır Elemanları Yöntemiyle İncelenmesi

YARI-ELİPSOİD BİR ENGEL ETRAFINDAKİ AKIŞIN DENEYSEL VE TEORİK İNCELENMESİ

SAYISAL YÜKSEKLİK MODELLERİNDE KLASİK VE ESNEK HESAPLAMA YÖNTEMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

4.5. SOĞUTMA KULELERİNİN BOYUTLANDIRILMASI İÇİN BİR ANALIZ

Yavaş Değişen Kritik-Altı Açık Kanal Akımının k-ε Türbülans Kapatma Modelleri ile Sayısal Hesabı

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

DALGACIK DÖNÜŞÜMÜ İLE EEG İŞARETLERİNDEN ÇIKARILAN ÖZNİTELİK VEKTÖRLERİ ÜZERİNDE İSTATİSTİKSEL İŞLEMLERİN GERÇEKLEŞTİRİLMESİ

Dolusavak Akımının Farklı Türbülans Kapatma Modelleri ile Sayısal Hesabı

UÇAK ÇİZELGELEME PROBLEMİNİN KARINCA KOLONİLERİ OPTİMİZASYONU İLE ÇÖZÜMÜ

Kabul Edilmiş Makale/Accepted Manuscript

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü Mukavemet I Vize Sınavı (2A)

ERS-2 Raw Datası için Dönüşüme Dayalı Sıkıştırma

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN ve MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 7 Sayı: 1 s Ocak 2005

SİLİNDİR YÜZEY ÜZERİNDEN AKIŞTA REYNOLDS VE PRANDTL SAYILARININ NUSSELT SAYISINA ETKİSİNİN İNCELENMESİ

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

MAK 311 ISI GEÇİŞİ YARIYIL SONU SINAVI

CİDAR ISITMASININ DÜZ BİR LEVHA ÜZERİNDEKİ SINIR TABAKA GEÇİŞİ ÜZERİNE ETKİLERİ EFFECTS OF WALL HEATING ON BOUNDARY LAYER TRANSITION OVER A FLAT PLATE

ORTOTROPİK ZİNCİR YAN PLAKALARINDA GERİLME YIĞILMASI KATSAYILARININ HESAPLANMASI

Eğimli Açık Kanal Akımının Farklı Türbülans Modelleri ile Sayısal Modellemesi

Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Makine Mühendisliği, Kahramanmaraş, Türkiye

Korelasyon ve Regresyon

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY - 8

ÇOKLU REGRESYON MODELİ, ANOVA TABLOSU, MATRİSLERLE REGRESYON ÇÖZÜMLEMESİ,REGRES-YON KATSAYILARININ YORUMU

BORULARDA, BORU BAĞLANTI ELEMANLARINDA VE GEÇİŞ BORULARINDA ENERJİ KAYIPLARI

TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR

ÜÇ BOYUTLU ÇAPRAZ TABLOLARDA LOGARİTMİK DOĞRUSAL ANALİZ: ÇOCUK İŞGÜCÜ DEĞİŞKENLERİ ARASINDAKİ ETKİLEŞİMLER

DEĞİŞKENLİK (YAYIKLIK) ÖLÇÜLERİ

DEN 322. Isı Transferi Temel Bağıntıları

Kabul Edilmiş Makale/Accepted Manuscript

ENDÜSTRİYEL TAŞIYICI SİSTEMLERİN YAPAY SİNİR AĞLARI İLE ANALİZİ

ELM201 ELEKTRONİK-I DERSİ LABORATUAR FÖYÜ

TUNÇBİLEK TERMİK SANTRALİ 5.ÜNİTE KAZANININ SAYISAL MODELLEMESİ

UYUM ĐYĐLĐĞĐ TESTĐ. 2 -n olup. nin dağılımı χ dir ve sd = (k-1-p) dir. Burada k = sınıf sayısı, p = tahmin edilen parametre sayısıdır.

BÖLÜM 5 İNCE PROFİLLER İÇİN SAYISAL UYGULAMALAR

Açık Poligon Dizisinde Koordinat Hesabı

BÖLÜM CROSS METODU (HARDY CROSS-1932)

Deney No: 2. Sıvı Seviye Kontrol Deneyi. SAKARYA ÜNİVERSİTESİ Dijital Kontrol Laboratuvar Deney Föyü Deneyin Amacı

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ELEKTRİKLİ FIRINLARDA ENERJİ TÜKETİM DENEYLERİNİN MODELLENMESİ

EÜFBED - Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Cilt-Sayı: 3-2 Yıl:

Yaklaşık İdeal Talep Analizi Yöntemi. ve Fiyat Esnekliklerinin Tahmini

The Congeneric Test Theory and The Congeneric Item Analysis: An Application for Unidimensional Multiple Choice Tests

Düşük Hacimli Üretimde İstatistiksel Proses Kontrolü: Kontrol Grafikleri

MLP YAPAY SİNİR AĞLARINDA ÖĞRENME SÜRECİNİN AKTİVASYON FONKSİYONU VE İSTATİKSEL DEĞİŞİM GÖSTEREN GİRİŞ VERİLERİNE BAĞIMLILIĞI

Yrd. Doç. Dr. Tolga DEMİRCAN. Akışkanlar dinamiğinde deneysel yöntemler

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 4

Eşik Mansabındaki Kritik Üstü Açık Kanal Akımının Deneysel ve Sayısal Analizi

GÜNEŞ ENERJİSİ SİSTEMLERİNDE KANATÇIK YÜZEYİNDEKİ SICAKLIK DAĞILIMININ SONLU FARKLAR METODU İLE ANALİZİ

7. BÖLÜMLE İLGİLİ ÖRNEK SORULAR

MAK TERMODİNAMİK (CRN: 22594, 22599, 22603, ) BAHAR YARIYILI ARA SINAV-2

Rayleigh ve Weibull Dağılımları Kullanılarak Osmaniye Bölgesinde Rüzgar Enerjisinin Değerlendirilmesi

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 1 ÇOKLU ISI DEĞİŞTİRİCİSİ DENEYİ

İÇME SUYU ŞEBEKELERİNİN GÜVENİLİRLİĞİ

Numerical analysis of turbulent flow in 90 degree square sectioned bend

Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Pamukkale University Journal of Engineering Sciences

Tuğla Duvardaki ve Tesisattaki Isı Kaybının Yapay Sinir Ağları İle Belirlenmesi

Bulanık Mantık ile Hesaplanan Geoid Yüksekliğine Nokta Yüksekliklerinin Etkisi

YÖNETİM VE EKONOMİ Yıl:2006 Cilt:13 Sayı:1 Celal Bayar Üniversitesi İ.İ.B.F. MANİSA

OLASILIĞA GİRİŞ. Biyoistatistik (Ders 7: Olasılık) OLASILIK, TIP ve GÜNLÜK YAŞAMDA KULLANIMI

İnce duvarlı yapılar, yüksek enerji sönümleme kabiliyetleri,

ISI DEĞĠġTĠRGEÇLERĠ DENEYĠ

AJANDA LİTERATÜR TARAMASI

Polynomial Approach to the Response Surfaces

FLYBACK DÖNÜŞTÜRÜCÜ TASARIMI VE ANALİZİ

YAYILI YÜK İLE YÜKLENMİŞ YAPI KİRİŞLERİNDE GÖÇME YÜKÜ HESABI. Perihan (Karakulak) EFE

ARAŞTIRMA MAKALESİ/RESEARCH ARTICLE TEK ÇARPIMSAL SİNİR HÜCRELİ YAPAY SİNİR AĞI MODELİNİN EĞİTİMİ İÇİN ABC VE BP YÖNTEMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI ÖZ

RSM Türbülans Modeli İle Enerji Kırıcı Yapı Üzerindeki Akımın Sayısal Modellenmesi

Calculating the Index of Refraction of Air

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

MAK 744 KÜTLE TRANSFERİ

Numerical Investigation of the Effect of Needle Tilting Angle on Irrigant Flow Inside the Tooth Root Canal

ĐZENCE Temel Kavram ve Prenspler Tez Problem Sınır Değer Problem Green Fonsyonu Tanımı Çözüm Yalaşımları Sonuçlar

İki Durumlu Karışımlı Lojistik Regresyona İlişkin Bir Uygulama. An Application for Binary Mixture Logistic Regression

Asimetri ve Basıklık Ölçüleri Ortalamalara dayanan (Pearson) Kartillere dayanan (Bowley) Momentlere dayanan asimetri ve basıklık ölçüleri

X, R, p, np, c, u ve diğer kontrol diyagramları istatistiksel kalite kontrol diyagramlarının

kadar ( i. kaynağın gölge fiyatı kadar) olmalıdır.

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD)

uzayında vektörler olarak iç çarpımlarına eşittir. Bu iç çarpım simetrik ve hem w I T s formuna karşılık gelir. Buna p u v u v v v

BİR OFİS İÇİN TERMAL KONFOR ANALİZİNİN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ YÖNTEMİ İLE MODELLENMESİ VE SAYISAL ÇÖZÜMÜ

Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi DÜZ DİŞLİ ÇARKLARIN SONLU ELEMANLAR METODU İLE MODELLENMESİ

DENEYSAN EĞİTİM CİHAZLARI SANAYİ VE TİCARET LTD. ŞTİ.

) ile algoritma başlatılır.

ÖRNEK PROBLEMLER PROBLEM

KABLOSUZ İLETİŞİM

AĞIR BİR NAKLİYE UÇAĞINA AİT BİR YAPISAL BİLEŞENİN TASARIMI VE ANALİZİ

5.3. Tekne Yüzeylerinin Matematiksel Temsili

YAŞAM VERİLERİNİN META ANALİZİ META ANALYSIS OF SURVIVAL DATA

İÇİNDE OTURAN İNSAN OLAN RADYATÖRLE ISITILAN BİR ODADAKİ ISIL KONFOR, AKIŞ VE ISI TRANSFERİNİN ÜÇ BOYUTLU SAYISAL ANALİZİ

PÜRÜZLÜ AÇIK KANAL AKIMLARINDA DEBİ HESABI İÇİN ENTROPY YÖNTEMİNİN KULLANILMASI

Transkript:

Uludağ Ünverstes Mühendsl Faültes Dergs, Clt 0, ayı 1, 015 ARAŞTIRMA do: 10.1748/uufe.8436 DİK AKIŞA MARUZ BİR İLİNDİR ÜZERİNDEN OLAN II TRANFERİNİN AYIAL OLARAK İNCELENMEİ Gzem ŞENCAN * Yunus MARAL * Mustafa Kemal İŞMAN * Özet: Bu çalışmada, ddörtgen estl br analın çersnde, aışa d olara yerleştrlmş ve ısıtılmış slndr üzernden olan ısı transfer sayısal olara ncelenmştr. Aışı dare eden Naver-toes denlemlernn çözümünde onlu Hacm Metodunu (HM) ullanan ANY-FLUENT 14 paet programı ullanılmıştır. Çalışmada, üç farlı türbülans model (td. -ε, RNG -ε ve Realzable -ε) le dört farlı grş Reynolds sayısı (Re= 4000, 8000, 16000 ve 3000) çn hesaplamalar yapılmıştır. onuç olara, td. ve RNG -ε türbülans modeller le elde edlen sayısal sonuçların deneysel değerlerle y uyum gösterdğ tespt edlmştr. Ayrıca belenldğ üzere artan Reynolds sayısı le slndr üzernde hemen hemen tüm notalarda Nusselt sayısı arttırmıştır. Anahtar Kelmeler: HAD, lndre d aış, Türbülans modelleme Numercal Investgaton of Heat Transfer on the urface of a Crcular Cylnder n Cross-Flow Abstract: In the present study, numercal analyss of heat transfer from heated cylnder, located n rectangular channel normal to the flow drecton s studed. Fnte volume based ANY-FLUENT 14 code s used n the soluton of governng equatons. Three dfferent turbulence models as td. -ε, RNG -ε and Realzable -ε are used n computatons for four dfferent Reynolds numbers, Re= 4000, 8000, 16000, and 3000. It s found that numercal results obtaned wth td. and RNG -ε turbulence models are n good agreement wth expermental data for maxmum value of local Nusselt number on the cylnder. As expected that local Nusselt numbers ncrease wth ncreasng Reynolds number for almost all ponts on cylnder. Keywords: CFD, Cross-flow cylnder, Turbulence modelng 1. GİRİŞ lndre d aış problem, bast br geometrye sahp olmasıyla brlte grdaplı aış yapısı oluşmasından dolayı, son yıllarda brço çalışma çn araştırma onusu olmuştur. Bu tp aış yapıları, soğutma uleler, bacalar, yüse bnalar ve eletron devreler gb brço mühendsl uygulamasında görülmetedr. Zdrovstch ve dğ. (1995) boru demet üzernden, hem lamner, hem de türbülanslı aış çn sayısal br çalışma gerçeleştrmşlerdr. Buyru ve dğ. (1998), te br slndr göz önünde bulundurara farlı bloa oranlarında (slndr çapının, anal yüselğne olan oranı) ısı transfer ve aış yapılarını, düşü Reynolds sayılarında ncelemşlerdr. Buyru ve dğ. (001), Reynolds * Bursa Ten Ünverstes, DBMMF Mane Mühendslğ Bölümü, Osmangaz Kampüsü, 16190 Bursa. İletşm Yazarı: M.K. İşman (memal.sman@btu.edu.tr) 131

Şencan, G., Maral, Y. ve İşman, M.K.: D Aışa Maruz lndr Üzernde Isı Transfer sayısının 10 ve 390 olması durumlarında te slndr ve te sıra halnde dzlmş slndrlerde ısı transfer ve sıcalı dağılımlarını sayısal olara araştırmışlardır. Güney (010) n yapmış olduğu çalışmada lamner aış bölgesnde 50 μm, 76 μm, 101 μm çaplarında 100 mm boyunda pürüzsüz adyabat mro borular çn ANY-FLUENT le çözümlemeler yapılıp, çıan sonuçlar deneysel sonuçlarla arşılaştırılmıştır. Çalışma sonunda sayısal ve deneysel sonuçların, basınç düşümü çn uyum sağladığı, buna arşın sıcalı dağılımı çn sağlamadığı görülmüştür. Eğer düzlem yüzey boyunca meydana gelen sınır tabaa aışının slndr br yapı le arşılaşması ncelenrse, slndr ön yüzey le düzlem yüzey brleşme bölgelernde ters aış yapılarının oluştuğu gözlemlenmetedr. Bazı araştırmacılar (Klne ve Robnson, 1990, Ayoub ve Karamchet, 198, Km ve dğ., 1971), bu tp aışlarda ço çeştl yapıda oluşan bu ters aış yapıların sündüğünü ve br onumdan dğerne hareet ettğn belrtmşlerdr. Bu grdap elemanlarının, ütles ve açısal momentumunun sabt alması şartıyla sünmes esnasında, açısal hızının ve net enersnn artacağı, çapının üçüleceğ ve boyunun uzayacağı belrtlmştr. Çel ve dğ. (011) yapmış olduları deneysel çalışmada, çapı 40 mm, yüselğ 10 mm olan sonlu slndr üzernde meydana gelen aış yapısını, Re d =1000 le 7000 değerler arasında ncelenmştr. onuçlar ncelendğnde, sonlu-slndrn armaşı br aış yapısına sahp olduğu ve ço çeştl grdap yapılarının meydana geldğ görülmüştür. Bu çalışmada se, 6 mm çapında slndr modellenere, bu slndr üzernden farlı hızlarla aan hava çn sayısal analzler gerçeleştrlmştr. Türbülanslı aışın çözümü çn üç farlı -ε temell (td. -ε, RNG -ε, Relazable -ε) Reynolds Averaged Naver-toes (RAN) türbülans model ullanılara, modellern uygunluları deneysel sonuçlarla arşılaştırma suretyle araştırılmıştır.. MATERYAL VE METOD Çalışmada slndr üzernde aışın çözümü HM le ANY-FLUENT 14 programı ullanılara gerçeleştrlmştr. Geometrnn modellenmesnde ve ağ yapısının oluşturulmasında GAMBIT programından yararlanılmıştır..1. Geometr Model lndre d aışın ncelendğ bu çalışmada slndr çapı D=6 mm, slndrn çnde bulunduğu analın yüselğ, W=300 mm, boyu se L=600 mm dr. lndr deyde orta esende, yatayda se grşten 187.5 mm uzalıta onumlandırılmıştır. Bu ölçüler doğrulama çalışması yapılaca olan deneysel çalışma (Gordano ve dğ., 011) le bre br aynı tutulmuştur. Şel 1: Geometr ve ölçüler 13

Uludağ Ünverstes Mühendsl Faültes Dergs, Clt 0, ayı 1, 015.. ınır Şartları Tüm sayısal yöntemler, çözümlemenn yapılablmes çn sınır şartlarına htyaç duymatadır. Çözümlemelerde ullanılan sınır şartları Şel 1 de verlen numaralandırmaya göre şu şelde tayn edlmştr; Kenar 1: Grş enarıdır. Eş dağılımlı grş hızı sınır şartı uygulanmıştır. Dört farlı Reynolds sayısı çn, U=.41, 4.83, 9.67, 19.34 m/s l hız değerler grş hızı olara belrlenmştr. Ayrıca grş hava sıcalığı tüm Reynolds sayıları çn 0 C olara abul edlmştr. Kenar ve 4: Duvar enarlarıdır. Kaymama sınır şartı uygulanmıştır. Ener denlem çn ısı transfernn olmadığı abulü yapılmıştır. Kenar 3: Çıış enarıdır. abt basınç sınır şartı uygulanmıştır. Çıış çn P=0 Pa abulü yapılmıştır. Kenar 5: lndr çevre enarıdır. Kaymama sınır şartı uygulanmıştır. Kenar ve 4 ten farlı olara bu enara ener denlem çn sabt ısı aısı (q=1000 W/m ) sınır şartı verlmştr. Kenar 1 çn hız değerlernn ve Kenar 5 çn ısı aısı değernn seçmnde arşılaştırma yapılan deneysel çalışmada (Gordano ve dğ., 011) değerler esas alınmıştır..3. Ağ Yapısı Şel de 73400 elemanın ullanıldığı ağ yapısı örne olara verlmştr. Şelden de görüldüğü üzere slndr cdarlarında aış ayrılması ve sınır tabaası oluşacağından bu ısımlarda daha sı br ağ yapısı terch edlmştr. Şel : Ağ görüntüsü (73400 eleman) Hesaplamalı Aışanlar Dnamğ (HAD) çalışmalarında ağdan bağımsız (ağ yapısının değşmnden etlenmeyen nha çözüm) ve deneysel değerlere en yaın çözümü bulma (doğrulama), çözümün güvenlrlğ açısından yapılmalıdır. Anca bazı duvar fonsyonlarında (td. Wall Functon, Non-Equlbrum Wall Functon v.b.) ağdan bağımsız çözüm aranıren deneysel sonuçlardan olduça uzalaşıldığı görüleblr (Pulat ve dğ., 011). Anca bu çalışmada ullanılan yaın duvar yalaşımının bu gruba dâhl olmadığı ve ağdan bağımsız çözümün aynı zamanda deneysel sonuçlarla da uyumlu olduğu Pulat ve dğ. (011) tarafından yapılan çalışmada belrlenmştr. Dolayısıyla bu çalışmada öncelle ağdan bağımsız çözümün bulunması çn çeştl eleman sayılarında çözümlemeler yapılmıştır. Tablo 1 de RNG -ε türbülans model le değş eleman sayılarında elde edlmş masmum Nusselt sayıları verlmetedr. Tablo 1 den görüldüğü üzere masmum Nusselt sayısı her dört Reynolds sayısı çn de artan eleman sayısıyla brlte azalmatadır. Ayrıca her br adımda azalma değer br önce adımdane nazaran daha da azalmatadır. Br notadan sonra se ırasama problemler ortaya çımatadır. Irasamanın 133

Şencan, G., Maral, Y. ve İşman, M.K.: D Aışa Maruz lndr Üzernde Isı Transfer gözlenmedğ ve ağa bağlı değşmn mnmum olduğu eleman sayıları ağdan bağımsız çözüm olara abul edlmştr. Bu eleman sayılarında yapılan çözümlemelerden elde edlen masmum Nusselt sayıları Tablo 1 de oyu punto le verlmştr. Tablo 1. RNG türbülans model le farlı ağ yapıları ve Reynolds sayıları çn hesaplanmış masmum Nusselt sayıları Re 64900 eleman 73400 eleman 9700 eleman 1000 eleman RNG -ε RNG -ε RNG -ε RNG -ε 4000 53.76 49.66 4.17 41.98 8000 81.9 54.33 54.44 51.47 16000 133.06 19.115 85.96 83.57 3000 1.6 09.073 149.95 00.3 Ayrıca, lteratürde (Pulat ve dğ., 011) bu çalışmada terch edlen yaın duvar yalaşımı çn y + değernn 1 e yaın olması önerlmetedr. Ağ yapıları oluşturuluren bu değer de ontrol edlmştr ve ağdan bağımsız çözümler çn y + değernn 0.9 la 1.8 aralığında değştğ görülmüştür..4. Korunum Denlemler, Türbülans Modeller ve Yaın Duvar Yalaşımı Çalışmada slndr üzernden olan aış durumu ncelense de bu slndr br anal çndedr ve ç aış durumu söz onusudur. Çalışmada ele alınan en düşü Reynolds sayısı (Re=4000) dah ç aışlar çn geçerl olan rt değer olan 300 değernn üzerndedr. Kanal grşnde türbülanslı olan aışın slndr üzernden aaren de türbülanslı olacağından dolayı çalışmada aış türbülanslı olara abul edlmştr. Türbülanslı aış çn geçerl olan orunum denlemler aşağıda verlmştr. ürell: u 0 x (1) Momentum: Ener: u u P u u u' u' () x x x x x x ut T c p u' T ' (3) x x x Denlem 3 te geçen u ' u' term Reynolds tres termdr. Bu term Reynolds stres türbülans modellernde olduğu gb transport denlemler vasıtasıyla hesaplanablr veya Boussnesq hpotezne göre (Launder, B. E. ve paldng, D.B., 197) aşağıda bağıntıyla tanımlanablr; u u u' u' (4) t x x 134

Uludağ Ünverstes Mühendsl Faültes Dergs, Clt 0, ayı 1, 015 Bu fadede geçen μ t, türbülans eddy vsoztesdr. Türbülans eddy vsoztesn, dnam vsozteden (μ) ayıran özellğ se, sadece aışana değl aynı zamanda aışa da at br özell olmasıdır. Reynolds streslern, yuarıda fade le türbülans eddy vsoztesn hesaplayara belrleyen türbülans modeller Eddy vsozte türbülans modeller (EVTM) sm le anılırlar. EVTM ler de end çlernde türbülans eddy vsoztesn tanımlama ve hesaplanma yöntemne göre farlılılar gösterrler ve hesaplamada ullanılan transport denlem sayısına göre smlendrlrler. Türbülans eddy vsoztesn hesaplamada hç transport denlem ullanmayan EVTM ler sıfır denleml modeller, te transport denlem ullanan modeller te denleml modeller ve transport denlem ullanan modeller denleml modeller olara smlendrlrler. Ayrıca denleml modeller türbülans eddy vsoztesnn tanımında türbülans net eners () ve onun yayılma hızını (ε) ullanıyorlarsa -ε temell, türbülans net eners () ve türbülans freansını (ω) ullanıyorlarsa -ω temell modeller olara anılırlar. İ denleml türbülans modeller hassaslı ve çözüm zamanı arasında y br denge urduğundan genş br ullanım alanı bulmatadır. Bu çalışmada denleml EVTM lernden olan td. -ε, RNG -ε ve Realzable -ε türbülans modeller terch edlmştr. Her üç türbülans modelnde de türbülans eddy vsoztes şu şelde tanımlanır; t C (5) Üç türbülans model ve ε nun hesaplanmasında ullanılan transport denlemler ve denlemlerde geçen model sabtlernn aldıları değerlerde brbrlernden farlılı gösterrler. Aşağıda bu modellern hesaplama adımları verlmştr. td. -ε Model: Bu modelde ve ε aşağıda transport denlemler ullanılara hesaplanır; x x x t u G (6) x x x t u C G C Yuarıda geçen G term se aşağıda bağıntılar ullanılara hesaplanır; (7) 1 G t (8) ve 1 u x td. -ε türbülans model sabtler se şu şeldedr; u x (9, 10) C 1ε =1.44, C ε =1.9, C μ =0.09, σ =1.0, σ ε =1.3 RNG -ε Model: RNG -ε türbülans model ve ε nun hesaplanmasında aşağıda transport denlemlern ullanır; x x dx u G eff (11) 135

Şencan, G., Maral, Y. ve İşman, M.K.: D Aışa Maruz lndr Üzernde Isı Transfer x x x u eff C G C R (1) 1 Bu modelde G nın hesaplanmasında td. -ε türbülans modelnde zlenen yol zlenr. R ε termnn hesaplanması se şu şelde yapılır; burada; şelndedr. Dğer model sabtler se şu şeldedr; R 3 C 1 / 0 (13) 3 1, 0 38 4. ve 0. 01 (14) C 1ε =1.4, C ε =1.68, C μ =0.085, α =α ε =0.393 Realzable -ε Model: Bu model dğer snden ayıran en öneml nota, bu modeldec değernn sabt değl aşağıda verldğ gb br fonsyonla tanımlanmış olmasıdır; burada; U ~ ~ C 1 (15) U A0 A * *, ~ ve (16-17) Bu modelde se transport denlemler şu şeldedr; x x t u G x (18) x u x t C C (19) 1 x burada; C max0.43,, 1 5 dr. (0-1) ve G nın hesabı td. -ε modelnde olduğu gb yapılmatadır. Bu modeln sabtler se şu şeldedr; A 4.04, 6 cos 0 A, 1 1 ~ cos 6 ~, 3 3 C 1.9, 1. 0, 1., C 1 1. 44, 136

Uludağ Ünverstes Mühendsl Faültes Dergs, Clt 0, ayı 1, 015 Yüzeylere yaın bölgede, aış üç alt tabaadan oluşmatadır. Bunlar, lamner alt tabaa, tampon tabaası ve tümüyle türbülanslı bölgedr. -ε türbülans modeller se türbülanslı or bölge çn geçerldr. Dolayısıyla dğer bölgelerde oluşaca problemn önüne geçme üzere yalaşım söz onudur. Bunlardan l yüzeylere yaın ısımlar çn yüzey le türbülanslı bölge arasında öprü rolü oynayaca br duvar fonsyonu ullanmatır. Bu yalaşımda yüzeye yaın ısım ağlara ayrılmaz, bu ısımda hesaplamalar tamamen duvar fonsyonunca yapılır. Dğer yalaşım se atmanlı model yalaşımıdır. Aış vsozteden etlenen ve tamamen türbülanslı bölge olma üzere alt bölgeye ayrılır. Bu yalaşımda yüzeye yaın ısım da ağlara ayrılır. Yüzeyden olan uzalığa bağlı br Reynolds fades tanımlanır. Yüzeyden uzalaştıça artan bu Reynolds sayısının belrl br değere ( 00) ulaşıncaya adar olan ısımda bu bölge çn türetlmş te denleml özel br model ullanılır, bu bölgenn dışında se seçlmş olan ana türbülans model ullanılır. Bu yalaşımda y + değernn 1 e yaın olması tavsye edlr (ANY, 01). Bu da olduça sı br ağ yapısı ullanımını geretrmetedr. Bu çalışmada se yaın duvar modellemesnde Enhanced Wall Treatment EWT ullanılmıştır. Yaın duvar yalaşımında yuarıda belrtldğ gb sı br ağ yapısı ullanılması ve tavsye edlen y + değernn sağlanması geremetedr. Her aış tpnde tüm yüzeylerde y + değern stenlen değerde tutma mümün olmayablr. EWT bu zorluğun üstesnden gelme çn atmanlı model le duvar fonsyonu metotlarını ombne eder. Uygun olan ısımlarda atmanlı model, ağ yapısının sı olmadığı ısımlarda se Enhanced duvar fonsyonu ullanılır..5. Termofzsel Özelller ve Yaınsama Krterler Çalışmada aışan olara hava ullanılmış ve havanın termofzsel özelllernn sıcalıtan bağımsız olduğu abul edlmştr. Termofzsel özelller çn ANY-FLUENT 14 programında mevcut değerler ullanılmıştır. Bu değerler; yoğunlu (ρ) 1.5 g/m 3, özgül ısınma ısısı (c p ) 1006.43 /g.k, ısı letm atsayısı () 0.04 W/m.K, vsozte (μ) 1.7894*10-05 g/m.s şelndedr. Ayrıca sayısal çözümlemelern sonlanablmes çn yaınsama rterler, sürell, x-momentum ve y-momentum denlemler çn 10-04, ener denlem çn se, 10-06 olara alınmıştır. 3. ARAŞTIRMA ONUÇLARI Ağdan bağımsız çözümü veren eleman sayıları tespt edldten sonra, bu eleman sayılarında elde edşmş sonuçlar, doğrulanma üzere, Gordano ve dğ. (011) tarafından elde edlmş deneysel sonuçlarla arşılaştırılmıştır. Bu arşılaştırma Şel 3 te verlmetedr. Şel 3: Farlı Reynolds sayılarında farlı türbülans modeller le sayısal olara elde edlen masmum Nusselt sayılarının deneysel değerler le arşılaştırılması 137

Şencan, G., Maral, Y. ve İşman, M.K.: D Aışa Maruz lndr Üzernde Isı Transfer Şel 3 ten görüldüğü üzere düşü Reynolds sayıları çn (Re= 4000 ve Re= 8000) özellle td. ve RNG -ε modeller le deneysel sonuçlarla y br uyumlulu elde edlmşen artan Reynolds sayısı (Re=16000 ve Re=3000) le bu uyumlulu her üç türbülans model çn de azalmatadır. Ayrıca artan Reynolds sayısı le türbülans modellernn hesapladığı değerler arasında bant açılmatadır. Türbülans armaşı br yapıda olduğundan modellenmes olduça zordur. Bundan dolayı br türbülans modelnn her br aış tp ve her br Reynolds sayısında y br uyum göstermes zaten belenen br durum değldr. Anca Şel 3 ten çıan sonuç, std. ve RNG -ε türbülans modellernn slndr üzernde aydedlen masmum Nusselt sayısının tahmnnde Realzable -ε türbülans modelne nazaran deneysel verlere daha uyumlu olduğudur. Doğrulama şlemnn ardından parametr çalışmalara geçlmştr. Şel 4, 5 ve 6 da Reynolds sayısının ısı transferne olan etler üç türbülans model çn ayrı ayrı verlmetedr. Burada slndrn alt ve üst yarısı smetr olduğundan sadece üst yarı çn sonuçlar verlmştr. Görüldüğü üzere masmum Nusselt sayıları ya çarpma notasında (θ=0 de) ya da çarpma notasından belrl br mesafe uzalıta aydedlmştr. td. ve RNG -ε türbülans modellernde tüm Reynolds sayıları çn Nusselt sayıları önce artmata sonra azalmata ve slndr sonuna doğru terar artma eğlm göstermetedr. Faat Realzable -ε türbülans model le elde edlen sonuçlarda farlı br eğlm görülmetedr. Bu çalışmada sayısal sonuçların doğrulanmasında ullanılan deneysel çalışmada (Gordano ve dğ., 011) yerel Nusselt sayısının slndr üzernde değşm verlmemştr. Bu yüzden dağılım çn br arşılaştırma yapılamamış, sadece masmum Nusselt sayılarının aldığı değerler üzernden br arşılaştırma yapılablmştr. Anca, lteratürde dğer deneysel çalışmalar (Ghsalbert ve Kondoyan, 00, anta ve Goldsten, 004) ncelendğnde, slndr üzernde masmum Nusselt sayısının çarpma notasında gerçeleştğ ve yerel Nusselt sayısının slndr üzernde dağılımının Realzable -ε model le elde edlen dağılıma daha yaın olduğu görülmetedr. Zaten İşman (011) tarafından, çarpan hava etler çn yapılmış çalışmada da std. ve RNG -ε model le elde edlen masmum Nusselt sayılarının olması gereen çarpma notasında değl çarpma notasından belrl br mesafe uzalıta olduğu tespt edlmştr. Buradan, bu modeln değer olara masmum Nusselt sayısını hesaplamada y, anca masmum Nusselt sayısının yern tahmn etme onusunda zayıf olduları sonucuna varılablr. Şel 4: td. -ε türbülans model çn farlı Reynolds sayılarında yüzey üzernde hesaplanan yerel Nusselt sayıları 138

Uludağ Ünverstes Mühendsl Faültes Dergs, Clt 0, ayı 1, 015 Şel 5: RNG -ε türbülans model çn farlı Reynolds sayılarında yüzey üzernde hesaplanan yerel Nusselt sayıları Şel 6: Realzable -ε türbülans model çn farlı Reynolds sayılarında yüzey hesaplanan yerel Nusselt sayıları Ayrıca Şel 4, 5 ve 6 arşılaştırıldığında yerel Nusselt sayılarının slndr üzernde hemen hemen her notada Realzable -ε model tarafından dğer modele nazaran olduça yüse hesaplandığı görülmetedr. Masmum Nusselt sayısının üç model çn de deneysel sonuçlardan olduça yüse olduğu düşünüldüğünde bu durumun da Realzable -ε türbülans model çn olumsuz br durum olduğu söyleneblr. Yan Realzable -ε türbülans model Nusselt sayısının yüzey üzernde değşmn eğlm olara y tahmn edeblmesne rağmen yerel Nusselt değerlern sayısal olara ço yüse hesaplamatadır. 4. ONUÇLAR Bu çalışmada, br slndr üzernden farlı hızlarla aan hava çn sayısal analzler gerçeleştrlmştr. Türbülanslı aışın çözümü çn üç farlı -ε temell (td. -ε, RNG -ε, Relazable -ε) RAN türbülans model ullanılmıştır. Çalışmada özetle şu bulgular elde edlmştr. Kullanılan EWT ın br özellğ olara ağdan bağımsız durum çn elde edlmş çözümlern aynı zamanda deneysel sonuçlara uyumlu olduğu da görülmüştür. 139

Şencan, G., Maral, Y. ve İşman, M.K.: D Aışa Maruz lndr Üzernde Isı Transfer Kullanılan modellerden std. ve RNG -ε modeller masmum Nusselt sayılarının tahmnnde deneysel değerlere yaın sonuçlar verren Realzable -ε model deneysel değerlern olduça üzernde sonuçlar vermştr. Faat Realzable -ε model de yerel Nusselt sayısının sldr üzernde değşmn eğlm olara gerçeğe daha yaın br şelde vermştr. ayısal hesaplamalarla elde edlen, masmum ve mnmum Nusselt sayılarının elde edldğ loasyonların Reynolds sayısından ço az etlendğ gözlemlenmştr. Ayrıca mnmum Nusselt sayısının yernn tüm türbülans modeller çn hemen hemen aynı bölgede olduğu görülmüştür. KAYNAKLAR 1. Ayoub, A., Karamchet, K. (198) An Experment on the Flow Past a Fnte Crcular Cylnder at Hgh ubcrtcal and upercrtcal Reynolds Numbers, Journal of Flud Mechancs, 118, s1 6.. ANY (01) ANY-FLUENT 14 User Gude. 3. Buyru, E., Johnson, M.W., Owen, I. (1998) "Numercal and Expermental tudy of Flow and Heat Transfer around a Tube n Cross-flow at Low Reynolds Number", Int. J. Heat & Flud Flow, 19, s3-3. 4. Buyru, E., Can, A., Fertell, A. (001) "Fnte Element oluton of the Performance of a Heated Tube Influenced by Adacent Heated Tubes" 1. Internatonal Conference on Thermal Eng. and Thermogrametry, Budapest. 5. Çel,., Karauş, C., Aıllı, H., Şahn, B., (011) onlu-lndr Üzernde Aış Yapısının Parçacı Görüntülemel Hız Ölçüm Tenğ (PIV) le İncelenmes, Tessat Mühendslğ Dergs, 15, s33-51 6. Ghsalbert, L., Kondoyan, A. (00) Complete map out of the heat transfer coeffcent at the surface of two crcular cylnders H/D=3.0 and 0.3 subected to a cross-flow of ar, Internatonal Journal of Heat and Mass Transfer, 45, s597 609. 7. Gordano, R., Ianro, A., Astarta, T., Carlomagno, G. M. (011) Flow Feld and Heat Transfer on the Base urface of a Fnte Crcular Cylnder In Crossflow, Appled Thermal Engneerng, 49, s79-88. 8. Güney, H.A. (010) Adyabat Mroanallarda Aışın Fluent le Modellenmes, Yüse Lsans Tez, aarya Ünverstes. 9. İşman, M.K. (011) Tel ve Çolu Çarpan Hava Jetlernde Taşınımla Isı ve Kütle Transfernn Deneysel ve Teor olara İncelenmes, Dotora Tez, Uludağ Ünverstes. 10. Km, H.T., Klne,.J., Reynolds, W.C. (1971) The Producton of Turbulence near a mooth Wall n a Turbulent Boundary Layer, Journal of Flud Mechancs, 50, s133 160. 11. Klne.J., Robnson. K. (1990) Quas-coherent tructures n the Turbulent Boundarylayer, 1. tatus Report on a Communty-wde ummary of the Data, Proceedngs of the Internatonal Centre for Heat and Mass Transfer, 8, s00-17. 1. Launder, B. E., paldng, D.B. (197) Lectures n Mathematcal Models of Turbulence, Academc Press, London. 13. Pulat, E., Isman, M. K., Etemoglu, A. B., Can, M. (011) Effect of Turbulence Models and Near-Wall Modelng Approaches on Numercal Results n Impngement Heat Transfer, Numercal Heat Transfer, Part B, 60, s486 519. 140

Uludağ Ünverstes Mühendsl Faültes Dergs, Clt 0, ayı 1, 015 14. anta,., Goldsten, R.J. (004) Forced convecton heat transfer from a crcular cylnder n crossflow to ar and lquds Internatonal Journal of Heat and Mass Transfer, 47, s4795 4805. 15. Zdrovstch, E., Fletcher, A.C, Behno, M. (1995) "Numercal Lamnar and Turbulent Flud Flow and Heat Transfer Predctons n Tube Bans", Int. J. Num. Meth. Heat and Flud Flow, 5, s717-733. Alınma Tarh (Receved) : 15.0.013 Düzeltme Tarh (Revsed) : 08.04.015 Kabul Tarh (Accepted) : 13.04.015 141