Onur TUNÇER, Selin KAHRAMAN, Bertan KAYNAROĞLU

GİRDAP VANESİNDEN GEÇEN AKIŞIN PIV YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ

Kararlı bir girdap yardımı ile alev stabilizasyonu birçok yanma sisteminde özellikle de gaz türbin motorların yanma odalarında sıklıkla kullanılan bir yöntemdir. Bu tür akışlar aynı zamanda kimyasal proseslerde ısı ve kütle transferini artırmak amaçlı da kullanılırlar. İstenilen girdap yapısını oluşturmak üzere akış bir girdap vanesinden geçirilerek, akışa teğet yönde de bir hız bileşeni kazandırılır. Bu çalışmada girdap sayısı 0.74 olacak şekilde tasarlanmış eksenel bir girdap vanesinden geçen soğuk akışın ani bir genişleme düzlemine ulaştıktan sonra oluşturduğu akış yapısı parçacık görüntülemeli hız ölçümü tekniği ile incelenmektedir. Akış içerisinde ters akışlardan ve incelenen akışın doğasından kaynaklı diğer bir takım sebeplerden ötürü parçacık yoğunluğu bölgeden bölgeye önemli miktarda değişmekte ve sinyal gürültü oranı zayıf olmaktadır. Bu sebeple hız vektörleri hesaplanırken her bir sorgulama penceresinde korelasyon fonksiyonun ardışık görüntülerdeki ortalaması alınmış, vektör bu ortalama korelasyonun tepe noktası kullanılarak hesaplanmıştır. Ölçümler sonucunda alev tutucu merkez cismin hemen üzerinde kararlı bir ana yeniden dolaşım bölgesinin oluştuğu gözlenmiştir. Bunun yanı sıra jet akışının her iki tarafında da ani genişlemeden kaynaklı zayıf ikincil yeniden dolaşım bölgeleri oluşmaktadır. Bu yapılar sayesinde tepkimeli akışta alevin genişleme düzlemi üzerinde kararlı şekilde tutunabileceği sonucuna varılması mümkündür.

Anahtar Kelimeler:

girdap vanesi, PIV, alev stabilizasyonu

PDF

___

Mak, H., Balabani, S., “Near Field Characteristics of Swirling Flowpast a Sudden Expansion”, Chemical Engineering Science, Cilt 62, 6726 – 6746, 2007.
Yasir M. Al-Abdeli, Assaad R. Masri, “Recirculation and Flowfield Regimes of Unconfined Non-Reacting Swirling Flows”, Experimental Thermal and Fluid Science, Cilt 27, 655-665, 2003.
Raj, R.T.K., Ganesan, V., “Study on the Effect of Various Parameters on Flow Development Behind Vane Swirlers”, International Journal of Thermal Sciences, Cilt 47, 1204–1225, 2008.
Ganesan V., Recirculation and Turbulence Studies in an Isothermal Model of a Gas Turbine Combustor Chamber, Doktora Tezi, Indian Institute of Technology-Madras, Hindistan, 1974.
Huang, R.F., Tsai, F.C., “Observations of Swirling Flows Behind Circular Disks”, AIAA Journal, Cilt 39, 1106–1112, 2001.
Eldrainy, Y.A., Jaafar, M.N.M., Lazim, T.M., “Cold Flow Investigation of Primary Zone Characteristics in Combustor Utilizing Axial Air Swirler”, Engineering Technology, Cilt 74, 977-983, 2010.
Huang, Y., Yang, V., “Effect of Swirl on Combustion Dynamics in a Lean-Premixed Swirl-Stabilized Combustor”, Proceedings of the Combustion Institute, Cilt 30,1775–1782, 2005.
Liu, Z., Zheng Y., Jia, L., Zhang, O., “An Experimental Method of Examining Three-Dimensional Swirling Flows in Gas Cyclones by 2D-PIV”, Chemical Engineering Journal, Cilt 133, 247–256, 2007.
Caldeira-Pires, A., Sousa, A.J., Neiva, R.Q., “Swirling Flow Analysis Using PIV”, 19th International Congress of Mechanical Engineering, Brezilya, 2007.
Che, C.C., Tian, M.C., Zhang, G.M., Leng, X.L., “Experimental Study by PIV of Swirling Flow Induced by Trapezoid Winglets”, Journal of Hydrodynamics, Cilt 25, 919,928, 2013.
Yadav, O., Gaikwad, P., “Swirling Flow Visualization in a Square Section Test Duct by Particle Image Velocimetry (PIV) System”, International Journal of Advanced Mechnanical Engineering, Cilt 4, 175-184, 2014.
Coelho, J.G., Neiva, R.Q., Sousa, A.J., Brasil Junior, A.C.P., “Experimental and Numerical Study of the Swirling Flow in Conical Diffusers”, Journal of Engineering Science and Technology, Cilt 9, 657-669, 2014.
Ingvorsen, K. M., Meyer, K. E., Walther, J. H., Mayer, S., “PIV and LDA Measurements of the Swirling Flow in a Low-Speed Two-Stroke Diesel Engine”, 10th European Fluid Mechanics Conference (EUROMECH), Lyngby, Danimarka, 2014.
Zeng, W., Sjöberg, M., Reuss, D.L., “PIV Examination of Spray-Enchanced Swirl Flow for Combustion Stabilization in a Spray Guided Stratified-Charge Direct-Injection Spark-Ignition Engine”, International Journal of Engine Research, Cilt 16, 316-322, 2015.
Alekseenko, M.V., Bilsky, A.V., Dulin, V.M., Markovich, D.M., Tokarev, M.P., “Tomographic PIV Measurements in a Swirling Jet Flow”, 10th International Symposium on Particle Image Velocimetry, Delft, Hollanda, 2013.
Raffel, M., Willert, C., Wereley, S., Kompenhans, J., Particle Image Velocimetry, A Practical Guide, Second Edition, Springer-Verlag, Berlin, Almanya, 2007.
Priestly M.B., Spectral Analysis and Time Series, Cilt 1, Academic Press Inc., New York, ABD, 1981.
Dynamic Studio User Guide, Dantec Dynamics, Publication No:9040U4732, Denmark, 2010.
Tuncer, O., Kaynaroğlu, B., Karakaya, M.C., Kahraman, S., Çetiner-Yıldırım, O., Baytaş, C., “Preliminary Investigation of a Swirl Stabilized Premixed Combustor”, Fuel, Cilt 115, 870-874, 2014.