Üç farklı tip konik yapının boru giriş akışına olan etkilerinin sayısal yöntemle araştırılması
Yükleniyor...
Tarih
2020-10-05
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Batman Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Attribution-ShareAlike 3.0 United States
Attribution-ShareAlike 3.0 United States
Özet
Bir rezervuardan boruya akışkan girişi düşünüldüğünde boru akışı üzerinde etkili parametreler boru girişi ağız yapısı, boru duvarı yüzey pürüzlüğü, boru girişinde hemen başlayan ısıtma veya soğutma işlemi ve Reynolds sayısıdır. Boruya akışkan alımında boru girişinin ağız yapısı, başlayan boru akışı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Uygulamalarda koniksel, çıkıntılı ve keskin kenarlı olmak üzere üç farklı tip boru giriş tipinin olduğu görülür. Çıkıntılı ve keskin kenarlı giriş tipleri türbülans içeren ve bozuk bir hız profiline boru akışını başlatırken trampet ağzı gibi bir yapıya sahip olan koniksel boru giriş tipi ise boru girişinde türbülans içermeyen ve düzgün hız profiline sahip bir akışı başlatmaktadır. Boru girişinde farklı akış davranışına neden olan bu elemanlar boru girişinde başlayan ısı transfer uygulamalarında ısı transferinin artırılması, boru akışında yerel basınç kayıplarının düşürülmesi gibi amaçlar için araştırıldıkları ve kullanıldıkları görülür. Bu çalışmada kanat, eliptik ve basit yarıçap şeklinde üç farklı tipi bulunan koniksel girişin boru aşağı akımı üzerindeki etkileri karşılaştırılmalı olarak sayısal yöntemle araştırılmıştır. İmalat ve maliyet açısından birbirinden ayrılan bu üç koniksel tipin boru aşağı akımı üzerindeki etkileri laminer ve türbülans boru akışlarını kapsayacak şekilde 600≤Re≤200000 Reynolds sayı aralığında gerçekleştirilmiştir. Daimî ve izotermal akış özelliklerine sahip hava akışları sayısal çözümle simule edilmiştir. Boru akışlarının sayısal simülasyonu için zaman ortalamalı akış denklemleri ve akışta oluşan türbülansın çözümü için de SST k-omega türbülans modeli kullanılmıştır. Boru yarıçapı, akışkan viskozitesi ve sıcaklığı değiştirilmeden her üç giriş tipinin boru girişinde yarattığı basınç kaybı ve boru girişinde sağladığı hız profili karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Sonuç olarak her akış için bulunan basınç kayıpları, boyutsuz basınç kayıp katsayısına 〖(C〗_P) dönüştürülmüş ve Reynolds sayısı ile olan değişimleri gözlemlenmiştir. Reynolds sayısı arttıkça (C_P) değerinin her üç giriş tipi için de düştüğü, en çok basınç kaybı olan giriş tipinin basit yarıçap giriş tipi ve an az basınç kaybı olan giriş tipinin ise eliptik profilli giriş olduğu belirlenmiştir. Üç farklı koniksel giriş tipinin boru girişinde ürettikleri hız profilleri kesit ortalama hız profilinden ortalama mutlak sapma değerleri her Reynolds sayısı için ölçülmüştür. Yapılan analize göre laminer akışın olduğu düşük Reynolds sayılarında basit yarıçap profili daha düzgün bir hız profili oluştururken daha yüksek Reynolds sayılarında diğer iki giriş tipine göre çok çarpık bir hız profiline neden olduğu görülmüştür. Sonuç olarak eliptik profilli giriş tipi ile kanat profilli giriş tipinin ürettikleri hız profilleri tüm Reynolds sayılarında birbirine çok yakın olmalarına rağmen eliptik giriş daha düzgün bir hız profili oluşturmaktadır. Burada üretilen hız profilinin ortalama hız profiline yakınlık derecesi, başlayan aşağı akım için performans artırıcı bir etkiye sahiptir.
The effective parameters on pipe flow are the mouth structure at the pipe inlet, the surface roughness of the pipe wall, the heating or cooling process that begins immediately at the pipe inlet, and the Reynolds number. In the fluid entering to the pipe, the mouth of the pipe has a significant effect on the pipe inlet flow. In applications, it is seen that there are three different arrangements of pipe inlet: conical, protruding and sharp edges. Protruding and sharp-edged pipe inlets cause to a turbulent and a distorted profile at the pipe entrance. Conical pipe inlet type, which has a structure like a bellmouth, cause to a turbulent and smooth velocity profile at the pipe inlet flow. These pipe inlet types are used for purposes such as increasing the heat transfer rate in heat transfer applications that begin at the pipe entrance, reducing local pressure losses in the pipe entrance. In this study, the effects of conical type, available in three different types named as elliptical, airfoil and simple radius, on pipe flow were comparatively investigated by numerical method. The effects of these three conical types inlets on pipe flow, differ from each other in terms of manufacturing process and cost, have been investigated for air pipe flows being steady and isothermal in the the Reynolds number range of 600≤Re≤200000. Time-averaged flow equations were used for numerical simulation of pipe flows and SST k-omega turbulence model was used to solve the turbulence existed in the flow. The pressure loss of the entry pipe flow and the velocity profile at the pipe entrance were investigated comparatively by all three inlet types without changing the pipe radius, fluid viscosity and temperature. As a result, the pressure losses found for each flow were converted to the pressure loss coefficient 〖(C〗_P) and its change with the Reynolds number was observed. As the Reynolds number increases, C_P values decreases for all three input types. Result has shown that the inlet type with the highest pressure loss is the simple radius and with the least pressure loss is the elliptical profile inlet. The mean absolute deviation of velocity profiles produced by those three inlet types at the pipe inlet values from the pipe cross-sectional mean velocity profile were measured at each Reynolds number. According to the analysis, the simple radius velocity profile creates a smoother velocity profile at low Reynolds number flows (laminar flow) and cause to a very distorted velocity profile at higher Reynolds numbers compared to the other inlet types. As a result, although the velocity profiles produced by the elliptical profiled inlet type and the airfoil profiled inlet type are very close to each other in all Reynolds numbers, the elliptical inlet type seem to have a smoother velcity profile at pipe inlet. The degree of proximity of the velocity profile generated by inlet type to the pipe crossectional mean velocity profile has a performance-enhancing effect for the starting downstream.
The effective parameters on pipe flow are the mouth structure at the pipe inlet, the surface roughness of the pipe wall, the heating or cooling process that begins immediately at the pipe inlet, and the Reynolds number. In the fluid entering to the pipe, the mouth of the pipe has a significant effect on the pipe inlet flow. In applications, it is seen that there are three different arrangements of pipe inlet: conical, protruding and sharp edges. Protruding and sharp-edged pipe inlets cause to a turbulent and a distorted profile at the pipe entrance. Conical pipe inlet type, which has a structure like a bellmouth, cause to a turbulent and smooth velocity profile at the pipe inlet flow. These pipe inlet types are used for purposes such as increasing the heat transfer rate in heat transfer applications that begin at the pipe entrance, reducing local pressure losses in the pipe entrance. In this study, the effects of conical type, available in three different types named as elliptical, airfoil and simple radius, on pipe flow were comparatively investigated by numerical method. The effects of these three conical types inlets on pipe flow, differ from each other in terms of manufacturing process and cost, have been investigated for air pipe flows being steady and isothermal in the the Reynolds number range of 600≤Re≤200000. Time-averaged flow equations were used for numerical simulation of pipe flows and SST k-omega turbulence model was used to solve the turbulence existed in the flow. The pressure loss of the entry pipe flow and the velocity profile at the pipe entrance were investigated comparatively by all three inlet types without changing the pipe radius, fluid viscosity and temperature. As a result, the pressure losses found for each flow were converted to the pressure loss coefficient 〖(C〗_P) and its change with the Reynolds number was observed. As the Reynolds number increases, C_P values decreases for all three input types. Result has shown that the inlet type with the highest pressure loss is the simple radius and with the least pressure loss is the elliptical profile inlet. The mean absolute deviation of velocity profiles produced by those three inlet types at the pipe inlet values from the pipe cross-sectional mean velocity profile were measured at each Reynolds number. According to the analysis, the simple radius velocity profile creates a smoother velocity profile at low Reynolds number flows (laminar flow) and cause to a very distorted velocity profile at higher Reynolds numbers compared to the other inlet types. As a result, although the velocity profiles produced by the elliptical profiled inlet type and the airfoil profiled inlet type are very close to each other in all Reynolds numbers, the elliptical inlet type seem to have a smoother velcity profile at pipe inlet. The degree of proximity of the velocity profile generated by inlet type to the pipe crossectional mean velocity profile has a performance-enhancing effect for the starting downstream.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Boru Akışları, Boru Girişleri, Çan Ağızlı Giriş, Gelişen Boru Akışı, Giriş Akışı, Bellmouth Inlet, Developing Flow, Entrance Flow, Pipe Flows, Pipe Entrance
Kaynak
WoS Q Değeri
Scopus Q Değeri
Cilt
Sayı
Künye
Serçe, O. (2020). Üç farklı tip konik yapının boru giriş akışına olan etkilerinin sayısal yöntemle araştırılması. (Yayınlanmamış Yüksek Lisans Tezi). Batman Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Batman.
