Formation of co-axial jets and their downstream development

Eş-eksenli bir jetin oluşumu ve düzlem jet şeklinde yayılımının akışkan mekaniği ile ilgisini ortaya çıkarmakiçin detaylı bir sayısal çalışma hazırlanmıştır. Akışkan akışı türbülanslı ve Reynolds sayısı jet oluşum bölgesinde10000, 20000 ve 50000 olacak şekilde modellenmiştir. Model , iç içe iki borudan oluşmuş bir boru düzeneğininhem iç hem dış borusundan tam gelişmiş akım geçmesi temeline dayandırılmıştır. Modellemede değişkengeometrik parametreler, içteki merkezi borunun kesit alanının ve jetin oluştuğu boru uzunluğunun değiştirilmesişeklindedir. Hem jet oluşumu hem de serbest jet gelişimi nedeniyle ortaya çıkan ortalama basınç düşüşününsürtünmeden kaynaklandığı görülmüştür. Jet çıkışında, hız profili boru cidarlarının mevcudiyetinden dolayısüreksizdir. Bu mevcudiyet aynı zamanda jet merkezinden uzaklaştıkça yavaşça kaybolan çift-yükseltili hızprofillerine sebep olur. Jetten yeterince uzak mesafede jetin genişliği hem geometrik parametrelerden hem deReynolds sayısından bağımsız hale gelmiştir.

Eş-eksenli jetlerin oluşumu ve akımlarının gelişimi

A comprehensive numerical simulation has been performed to inter-relate the fluid mechanics of theformation of co-axial jets and their development downstream of the plane of jet emergence. The fluid flow wasmodeled as being turbulent, with corresponding Reynolds numbers in the jet-formation section of 10000, 20000, and50000. The model was based on a fully developed pipe flow encountering a double-pipe arrangement and splittingbetween the two pipes. Subsequent to flow development in the central pipe and in its enveloping annulus, the flowexited into a large free space and became a co-axial free jet. The simulations were performed for geometricparameters which varied the relative cross sections of the central pipe and of the annulus and also varied the length ofthe jet-formation section. The overall pressure drop responsible for both the jet formation and for the subsequent free- jet development was found to be due to friction in contradistinction to inertial losses. At the jet exit, the velocityprofile is discontinuous because of the intrusive presence of the walls of the pipes which bound the jet-formationsection. These intrusions cause a double-humped velocity profile which disappeared with decreasing downstreamdistance from the jet origin. At sufficient downstream distances, the width of the jet was found to be independent ofboth the geometrical parameters and the Reynolds number.

___

  • Celik, N., Eren H., Heat transfer due to impinging co- axial jets and the jets’ fluid flow characteristics, Experimental Thermal and Fluid Science, 33, 715–727, 2009.
  • Celik N., Eren H., Effects of Stagnation Region Turbulence of an Impinging Jet on Heat Transfer, Journal of Thermal Science and Technology, 30(1), 91- 98, 2010.
  • Champagne, F.H., Wygnanski, I.J., An experimental investigation of coaxial turbulent jets, Int. J. Heat Mass Transfer, 14, 1445-1464, 1971.
  • Chan, W.T., Ko, N.W.M., Coherent structures in the outer mixing region of annular jets, J. Fluid Mechanics, 89, 515-533, 1978.
  • Donaldson, C.D., Snedeker, R.S., Margolis, D.P., A study of free jet impingement, Part 2. Free jet turbulent structure and impingement heat transfer, Journal of Fluid Mechanics, 45, 477-512, 1971.
  • Durao, J.H., Whitelaw, J.H., Turbulent mixing in the developing region of co-axial jets, Trans. of ASME, J. Fluids Eng., 95, 467-473, 1973.
  • Forstall, W., Shapiro, A.H., Momentum and mass transfer in co-axial gas jets, Trans. of ASME, J. Applied Mechanics, 18, 219-228, 1951.
  • Jang, S.J., Sung, H.J., Effects of inflow pulsation on a turbulent coaxial jet, Int. J. Heat and Fluid Flow, 31(3), 351-367, 2010.
  • Ko, N.W.M., Chan, W.T., Similarity in the initial region of annular jets: three configurations, J. Fluid Mechanics, 84, 641-656, 1978.
  • Ko, N.W.M., Chan, W.T., The inner regions of annular jets, J. of Fluid Mechanics, 93, 549-584, 1979.
  • Kriaa, W., Abderrazak, K., Mhiri, H., Le Palec, G., Bounot, P., A numerical study of non-isothermal turbulent co-axial jets, Heat and Mass Transfer, 44, 1051-1063, 2008.
  • Lee, D.H., Song, J. Jo, M.C., The effects of nozzle diameter on impinging jet heat transfer and fluid flow, Trans. ASME, J. Heat Transfer, 126, 554-557, 2004.
  • Menter, F., Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications, AIAA Journal, 32, 1598-1605, 1994.
  • Mergheni, M.A., Boushaki, T., Sautet, J.-C., Godard, G., Ticha, H.B., Nasrallah, S.B.: Effects of different mean velocity ratios on dynamics characteristics of a coaxial jet, Thermal Science, 12 (2), 49-58, 2008.
  • Nikjooy, M., Karki, K.C., Mongia, H.C., A numerical and experimental study of co-axial jets, Int. J. Heat and Fluid Flow, 10, 253-261, 1989.
  • Ranga-Dinesh, K.K.J., Savill, A.M., Jenkins, K.W., Kirkpatrick, M.P., A study of mixing and intermittency in a coaxial turbulent jet, Fluid Dynamics Research, Article no. 025507, 42 (2), 2010.
  • Reynier, P., Ha-Minh, H., Numerical prediction of unsteady compressible turbulent co-axial jets, Comp. Fluids, 27, 239-254, 1998.
  • Richardson, L.F., The approximate arithmetical solution by finite differences of physical problems including differential equations, with an application to the stresses in a masonry dam, Philosophical Transactions of Royal Society of London, Series A, 210, 307–357, 1911.
  • Warda, H.A., Kassab, S.Z., Elshorbagy, K.A., Elsaadawy, E.A., An experimental investigation of free turbulent round and annular jets, Flow Measurement and Instrumentation, 10, 1-14, 1999.
Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-3615
  • Yayın Aralığı: Yılda 2 Sayı
  • Başlangıç: 1977
  • Yayıncı: TÜRK ISI BİLİMİ VE TEKNİĞİ DERNEĞİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

Theoretical analysis on the prediction of performance coefficient of two-stage cascade refrigeration system using various alternative refrigerants

Ahmet Selim DALKILIÇ

Dış Kenar Yüksekliği ve Zemin Sıcaklık Değişiminin Güneş Bacası Sistemi Üzerinde Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi

Abdulcelil BUĞUTEKİN

Çeşitli Alternatif Soğutkanlar Kullanılarak İki Kademeli Kaskad Soğutma Sisteminin Performans Katsayısının Tahmini Hakkında Teorik Çalışma

Ahmet Selim DALKILIÇ

Effects of MHD and thermal radiation on forced convection flow about a permeable horizontal plate embedded in a porous medium

Orhan AYDIN, Ahmet KAYA

Triga Mark-II Nükleer Araştırma Reaktörü Soğutma Sisteminin Isıl Modelinin Oluşturulması

Orhan Erdal AKAY

An experimental and numerical study of laminar natural convection in a differentially-heated cubical enclosure

Oktay ÖZCAN, N. Alpay KÜREKCİ

Isıtma Sürecinde Farklı Isıtma Modlarının Otomobil Kabini İçerisindeki Sıcaklık ve Bağıl Neme Olan Anlık Etkileri

M. Özgün KORUKÇU, Muhsin KILIÇ

Hava Kaynaklı Isı Pompası Su Isıtıcısının Deneysel Analizi

M. Mete ÖZTÜRK, L. Berrin ERBAY

Farklı Sıcaklıkta Kübik Kapalı Hacim İçinde Laminer Doğal Taşınımın Deneysel ve Sayısal İncelenmesi

N. Alpay KÜREKCİ, Oktay ÖZCAN

KLASİK PV ADİABATİK SABİTLİĞİ, İDEAL GAZ İÇİN, KUVANTUM MEKANİKSEL BİR OLGU OLUP, BU YOLLA SÖZ KONUSU SABİT, SOMUT OLARAK BELİRLENBİLMEKTEDİR

Tolga YARMAN, Alexander L. KHOLMETSKII, Önder KORFALI