Dairesel Kesitli Ani Genişle-meli Borularda Çevrintili Türbülanslı Akışın Sayısal Simülasyonu

Abstract

Bu orijinal araştırma, üç farklı Reynolds sayısı için dairesel kesitli eksenel simetrik anigenişlemeli borularda sürekli, sıkıştırılamayan, ayrımlı ve yeniden birleşmeli, karmaşık çevrintili türbülanslı akışın kapsamlı bir çalışmasının sayısal simülasyon sonuçlarını takdim etmektedir. Hibrit yöntemiyle sonlu hacim metodunu kullanarak, SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations) algoritmasına dayanan bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Standart k-e türbülans modeliyle beraber, süreklilik ve momentum korunum denklemlerinin sayısal çözümleri, iteratif bir sayısal çözüm tekniğini kullanarak sağlanmıştır. Katı cidarlar yakınında cidar fonksiyonları kullanılmıştır. Eksenel simetrik anigenişlemeli borularda çeşitli eksenel kesitlerde, eksenel hız, türbülans kinetik enerji, türbülans kinetik enerji kaybolma miktarı, efektif viskozite radyal profilleri, geri akışın geometrik yeri, boru simetri ekseni boyunca simetri ekseni üzerindeki eksenel hızın değişimi, üst cidar kayma gerilmesi dağılımları ile üst cidar statik-basınç katsayısının değişimi için sayısal simülasyonlar sunulmuş ve deneysel ölçümlerle ayrıntılı olarak karşılaştırılmış ve incelenmiştir. Sayısal simülasyonların sonuçları deneysel ölçümlerle çok iyi uyum göstermektedir.

This original research work presents the results of an extensive study of numerical simulation of steady, incompressible, complex turbulent recirculating flow through circular-sectioned sudden expansion pipes for three different Reynolds numbers. Employing the finite-volume method with a hybrid scheme, a computer program based on the SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations) algorithm has been developed. Numerical solutions of the conservation equations of mass and momentum, together with the standard k-e turbulence model, are obtained using an iterative numerical solution technique. Near the solid boundaries, wall-functions are employed. Numerical simulations for radial profiles of axial velocity, turbulence kinetic energy, turbulence kinetic energy dissipation rate, effective viscosity, axial variation of centre-line velocity, locus of flow reversal, wall static-pressure coefficient and wall-shear stress distributions along top wall of the axisymmetric sudden expansion pipe flow geometry are presented and compared with experimental measurements. The results of numerical simulations show very good agreement with experimental data.