Geriye Dönük Adım Akışında Adım Geometrisinin Isı Transferi ve Akış Yapısı Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi

Abstract

Gaz türbini motorları, yakıcılar, ısıtma ve soğutma sistemleri gibi birçok mühendislik uygulamasında geriye dönük adım akışı nedeniyle ayrılma ve yeniden birleşme bölgeleri meydana gelmektedir. Bu bölgelerin kontrolü, ısı ve kütle transferi miktarını artırmak için oldukça önemlidir. Bu çalışmada, akış ayrılması ve yeniden birleşmesinin etkisini incelemek amacıyla dikey olarak konumlandırılmış geriye dönük adım akışı geometrisinde h/4 ve h/2 olmak üzere farklı pah uzunluklu adım köşe yapılarının pahsız (normal) geometriye göre ısı transferi ve akış karakteristikleri sayısal olarak incelenmiştir. Geriye dönük adımın arkasındaki duvarlardan biri sabit sıcaklıkta tutulurken diğerleri adyabatiktir. Çalışmanın sonuçları, üç boyutlu ve zamandan bağımsız olarak korunum denklemlerinin k-ε türbülans modelli, Boussinesq yaklaşımıyla ANSYS-FLUENT bilgisayar programıyla çözülmesiyle elde edilmiştir. Çalışma akışkanı olarak su ve sıvı sodyum kullanılmıştır. Geriye dönük adımın genişleme oranı 1.5’ dir. Çalışma, 5000 ve 10000 olmak üzere farklı Reynolds sayılarında gerçekleştirilmiştir. Sunulan çalışma, literatürde bulunan çalışmanın sayısal sonuçlarıyla karşılaştırılmış olup birbirleriyle uyumlu ve kabul edilebilir oldukları görülmüştür. Sonuçlar, Nu sayısı, akışkan sıcaklık, türbülans kinetik enerji ve basınç değişimleri olarak sunulmuştur. Ayrıca, geriye dönük adım akışı geometrisinde, sıcaklık, hız ve akım çizgisi dağılımları görselleştirilmiştir. Re=5000 için sıvı sodyum akışında pahsız (normal) geometrinin ortalama Nu sayısı değerinin, h/2 pah uzunluklu geriye dönük adım geometrisinden %9 daha fazla olduğu belirlenmiştir.