Gelişmekte olan laminer akışta farklı kanal kesitlerinde entropi üretimi üzerine bir çalışma

Abstract

Türkiye’de ve dünyada hızla artan enerji ihtiyacı mevcut kullanılan enerji girdisini en faydalı şekilde kullanmayı amaçlamaktadır. Pompa, türbin, ısı değiştirici gibi makinelerde akışkan akışı sırasında enerjinin faydalı şekilde kullanıldığının göstergesi; bu süreç sırasında meydana gelen ısı transferi ve tersinmezlikler ile tanımlanır. Isı transferi; ısı transferi katsayısının büyüklüğü ile ifade edilir ve Termodinamiğin I. Yasası ile hesaplanır. Tersinmezlik ise entropi üretimi ile doğru orantılıdır ve Termodinamiğin II. Yasası ile hesaplanır. Bir sistemde entropi üretiminin varlığı enerjinin faydalı bir şekilde kullanılıp kullanılmadığının da bir göstergesidir. Entropi üretiminin artışı pompalama gücünü dolayısı ile maliyeti yükseltir. Bu çalışmada; tamamen gelişmiş laminer akışta kanal giriş bölgesindeki entropi üretimi incelenmiştir. Çalışmanın birinci bölümünde iç akış sırasında entropi üretimi ile ilgili daha önce yapılmış çalışmalardan özet bilgiler ve boru içinden akışı etkileyen faktörler yer almaktadır. İkinci bölümde ise kartezyen koordinatlarda seçilmiş bir kontrol hacim için kütle korunumu, momentum korunumu ve enerji korunumu denklemleri türetilerek vizkos disipasyon teriminin önemi vurgulanmıştır. Üçüncü bölümde akışkan akışı ve ısı transferi sırasında entropi üretimi farklı sınır şartlarında incelenmiştir. Dördüncü bölümde iki tip kanal geometrisi için farklı giriş hızlarında ve farklı kanal genişliklerinde gerçekleşen akışın analizi sayısal olarak incelenerek entropi üretimi, hız ve sıcaklık dağılımları elde edilmiştir. Beşinci bölümde ise çalışmanın sonuçları yer almaktadır.

In Turkey and in the world, rapidly increasing energy demand is aiming to use the current energy efficiently. The indicator of being used energy efficiently in the machines such as pump, turbine, and heat exchanger during the fluid flow is described by the heat transfer occurred during the process and the irreversibilities. The heat transfer is determined by the magnitude of the heat transfer coefficient and it is calculated by the first law of the thermodynamics. The irreversibility is directly proportionate to entropy generation and it is calculated by the second law of the thermodynamics. In a system, the existence of the entropy generation is an indication whether the energy is used efficiently or not. The increase of the entropy production increases the pump power accordingly to the costs. In this study, entropy generation in fully developed laminer flow at the entrance region of a channel is investigated. In the first part of the study, abstracts of the previous studies about the entropy generation during internal flow and factors affecting the internal flow take place. In the second part, conversation of mass, momentum and energy for the control volume chosen in Cartesian coordinates and the importance of viscous dissipation term is emphasized. In the third part, entropy generation during the fluid flow and heat transfer is investigated in different boundary conditions. In the fourth part of the study, the analysis of the flow occurred in different channel width and at different inlet velocity for two type of channel geometry is investigated numerically and entropy generation, velocity and temperature distribution takes place. In the fifth part of the study, the results of the study take place.