Tek silindir ile farklı görünüm oranlarına sahip elipsler etrafındaki blokajlı laminer akışta momentum ve termal mekanizmaların nümerik incelenmesi

Abstract

Dairesel silindir etrafındaki akışlar uzun yıllardır çalışmalara konu olmuş, kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Diğer yandan özellikle düşük Reynolds sayılarında eliptik silindirler üzerindeki akış ile ilgili çalışmalar kısıtlıdır. Literatürdeki bu boşluğa kaynak sağlayabilmek amacıyla görünüm oranı (GO) 0,33 ≤ GO ≤ 1 arasında ve blokaj oranı 0,333≤ BO ≤0,8 arasında değişen farklı senaryolarda hidrolik çapa bağlı Re=40’da,sıkıştırılmaz, laminer, sürekli ve iki boyutlu akış için blokaj ve görünüm oranının akış yapısı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Sınırlandırılmış akış durumunda silindirler paralel duvarların arasına simetrik olacak şekilde yerleştirilmiştir. Belirlenen sınır şartları altında Navier-Stokes ve enerji denklemleri Ansys-CFX 16.0 yazılımı ile çözdürülmüştür. Farklı senaryolar üzerinden yapılan analizler sonucunda statik basınç, yüzey kayma gerilmeleri, Nusselt sayıları, ayrılma açıları, basınç katsayıları, sürtünme katsayıları, boyutsuz hız ve sıcaklık değerleri hesaplanmıştır. Bunun yanında blokaj ve görünüm oranının hidrodinamik ve termal parametreler üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Görünüm oranının sabit kalıp blokaj oranının arttığı senaryolarda blokaj oranının artması ile girdap boyutunun küçüldüğü ve bazı durumlarda oluşmadığı görülmüştür. Blokaj oranına bağlı olarak girdap görülmeye başlandığı görünüm oranı farklılık göstermesine karşın tüm blokaj oranları için GO=0,46 ve GO=0,33 için girdap oluşumu gözlenmemiştir. Bu sonuç girdap oluşumu için 0,46<𝐺𝑂<0,6 aralığında kritik bir değerin olduğunu göstermiştir.

Flows around the circular cylinder have been the subject of studies for many years and have been studied extensively. On the other hand, studies on flow on elliptical cylinders are limited, especially at low Reynolds numbers. Intending to bridge the gap in the literature, the aspect ratio (GO) is between 0.33 ≤ GO ≤ 1 and the blockage ratio is between 0.333 ≤ BO ≤0,8 in different scenarios depending on the hydraulic diameter Re = 40, for uncompressed, laminar, continuous and two-dimensional flow The effect of blockage and aspect ratio on flow structure has been investigated. In the case of restricted flow, the cylinders are placed symmetrically between parallel walls. Under the specified boundary conditions, Navier-Stokes and energy equations were solved with Ansys-CFX 16.0 software. As a result of the analysis made over different scenarios, static pressure, surface shear stresses, Nusselt numbers, separation angles, pressure coefficients, friction coefficients, dimensionless velocity and dimensionless temperature values calculated. Besides, the effect of blockage and aspect ratio on hydrodynamic and thermal parameters was investigated. In scenarios where the aspect ratio is fixed and the blockage rate increases, it has been observed that the vortex size decreases with the increase of the blockage rate and in some cases does not occur. Depending on the blockage rate, the appearance ratio at which the vortex begins to appear differs, but for GO = 0.46 and GO=0,33 for all blockage rates, vortex formation was not observed. This result showed that there is a critical value in the range of 0.46 <GO <0.6 for vortex formation.