Periyodik olarak tam gelişmiş türbülanslı akış ve ısı transferinde realızable k-epsilon türbülans modelinin performansının incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, akış kesit alanı periyodik olarak değişen bir kanaldaki türbülanslı akış ve ısı transferi problemi iki farklı türbülans modeli kullanılarak elde edilen çözümler deneysel verilerle karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Bunun için ANSYS Fluent 12.1 CFD paket programı kullanılmıştır. Periyodik tam gelişmiş akış koşulu, akış doğrultusunda kanalın ısıtılan alt duvarına bitişik olarak tanımlanmış periyodik engeller ile sağlandı. Bunun için çalışmalar üç boyutlu olarak oluşturulmuş bir periyotluk çözüm geometrisinde ele alınmıştır. Akışkan hava için, akış doğrultusunda periyodik, engellerin bulunduğu alt duvarda sabit ısı akısı ve diğer duvarlarda adyabatik sınır koşulları altında gerçekleştirildi. Zaman ortalamalı hareket denklemlerinin (RANS) çözümünde, katı sınırda iyileştirilmiş yakın duvar bölgesi modelikullanılarak Standart k–epsilon ile Realizable k–epsilon olmak üzere iki farklı türbülans modeli için ayrı ayrı çözümler yapılmış ve elde edilen sonuçlar irdelenmiştir. Çalışmada elde edilen sayısal sonuçlarla literatürden gelen deneysel verilerin genelolarak uyum içinde olduğu görülmektedir. Görülen bazı uyumsuzlukların daha çok akışın yüzeyden ayrılıp tekrar birleştiği ve geri dönüş akışlarının bulunduğu engelden sonraki zayıf akım bölgesinde oluştuğu görülmektedir. Realizable k–epsilon model akışın engelden sonra yüzeye yeniden tutunma mesafesini daha doğru hesapladığı ve engelden sonraki zayıf akım bölgesinde standart k–epsilon modeline göre nispeten fiziksel olarak daha gerçekçi sonuçlar verdiği görülmüştür.

In this study, turbulent flow and heat transfer behaviour have been investigated by using two different turbulence models in a channel whose cross-sectional area is varying periodically. ANSYS Fluent 12.1 CFD program has been used and Realizable and Standard k-epsilon results were presented with each other and experimental data comparatively. The periodic fully developed flow condition was obtained with periodically defined on the bottom wall mounted ribs. Governing equations were solved for one period under the stream wise periodic, constant heat flux at the bottom wall, adiabatic at the ribs and at the top wall boundary conditions. It is seen that the results from the turbulence models are generally in good agreement with experimental data given in the literature. On the other hand, there are some inconsistencies between comparing results. It can be explained that these inconsistencies occur generally in weak region in which backward flows exists behind the rib. Eventually, it is concluded that Realizable k-epsilon model predicts well-reattachment point location and states more realistic results than Standard k- epsilon model in weak region.