Ticari olarak erişilebilen yazılımı manipüle ederek Newtonsal akış HAD benzeşiminin boyutsuzlaştırılması

Öz

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD), endüstri ve akademide yaygın olarak kullanılan güçlü bir araçtır; ancak bu yaygın kullanım bazen yöntemin yüzeysel değerlendirilmesine yol açabilmektedir. Bu çalışma, özünde boyutlu olan ticari yazılım paketleri kullanılarak boyutsuz HAD analizlerinin nasıl kurulabileceğine dair bir yaklaşım ve metodoloji sunmaktadır. Önerilen yöntemde yönetici boyutsuz sayıları oluşturan bağımsız değişkenlerin zekice seçilmesi sayesinde analiz sonrası fazla işlem gerekmeksizin öz ve güçlü sonuçlar elde edilebilir. Boyutsuzlaştırma şemasının çeşitli yönleri, belirleyici boyutsuz ölçek (Reynolds sayısı) temel alınarak nicel vakalar üzerinden test edilmiş ve farklı fiziksel olayların incelenmesindeki avantajları ile dezavantajları ortaya konmuştur. Ayrıca, mevcut sonuçlara dayanarak özel (in-house) kod boyutsuzlaştırması da değerlendirilmiştir. HAD simülasyonlarının yürütülmesine dair pratik deneyimler paylaşılmıştır. Sonuç olarak, HAD iş yükünü azaltmak için boyutsuzlaştırma stratejisinin incelenecek parametrelere göre belirlenmesi gerektiği ortaya konmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Eksenel simetrik akış
• sıkıştırılamaz
• Reynolds sayısı
• kararlı

Nondimensionalization of Newtonian flow CFD simulation by manipulating commercially available software

Öz

Computational Fluid Dynamics (CFD) is a powerful tool which has a widespread utilization among industry and academia that sometimes leads to superficial evaluation of its means. This work provides an approach and methodology to set up nondimensional CFD analyses through commercially available software packages that are intrinsically dimensional. By the proposed method, one can generate brief and strong results without much post processing thanks to the carefully selecting independent variables that constitute the governing nondimensional numbers. Several aspects of the nondimensionalization scheme are tried via quantitative cases based on the governing nondimensional scale, i.e., the Reynolds number to show their conveniency and disadvantages for investigating different physics. In-house code nondimensionalization is also evaluated based on the present results. Practical experiences on the CFD simulation conduction are shared. It is concluded that the nondimensionalization strategy should be based on the parameters to be investigated to reduce the CFD workload.

Anahtar Kelimeler

• Axisymmetric flow
• incompressible
• Reynolds number
• steady

Kaynakça

1. A. H. Abdulkarim, E. Canli, and A. Ates. CFD Case Study on a Nozzle Flow: Literature Review, Theoretical Framework, Tools and Educational Aspects. International Conference on Engineering Technologies (ICENTE'18), pp. 486-489, Konya, Türkiye, 2018.
2. A. H. Abdulkarim, A. A. Ghaidan, A. Chelang, and E. Canli. Comprehension, utilization and interpretation problems of engineers and engineering students, associated with commercially available CFD packages: a case study. International Conference On Engineering, Natural And Applied Science 2021 (ICENAS’21), pp. 77-84, Osmaniye, Türkiye, 2021.
3. E. Canli, A. Ates, and S. Bilir, Comparison of turbulence models and CFD solution options for a plain pipe. EPJ Web of Conferences, 180, 02013, 2018. https://doi.org/10.1051/epjconf/201818002013
4. E. Canli, A. Ates, and S. Bilir, Conjugate heat transfer for turbulent flow in a thick walled plain pipe. EPJ Web of Conferences, 180, 02014, 2018. https://doi.org/10.1051/epjconf/201818002014
5. E. Canli, Numerical solution of transient conjugated heat transfer in thick walled pipes with turbulent flow. Ph.D., Selçuk University, Konya, Türkiye, 2020.
6. E. Canli, A. Ates, and Ş. Bilir, Derivation of dimensionless governing equations for axisymmetric incompressible turbulent flow heat transfer based on standard k-ϵ model. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 20(6), 1096-1111, 2020. https://doi.org/10.35414/akufemubid.821009
7. E. Canli, A. Ates, and Ş. Bilir, Developing turbulent flow in pipes and analysis of entrance region. Academic Platform-Journal of Engineering and Science, 9(2), 332-353, 2021. https://doi.org/10.21541/apjes.818717
8. E. Canli, A. H. Altun, and A. Ates. Hydrodynamic and thermal simultaneous development in pipes for all the three thermal boundary condition types using CFD. 4th International Conference on Life and Engineering Sciences ICOLES 2021, pp. 185-205, İstanbul, Türkiye, 2021.

9. A. Ceviz, E. Canli, A. Ates, and Ş. Bilir. Numerical scheme for dimensionless natural convection analysis of vertical pipe. 23rd Congress of Thermal Sciences and Technology with International Participation (ULIBTK 2021), pp. 1283-1293, Gaziantep, Türkiye, 2021.
10. H. E. Dillon, A. Emery, R. Cochran, and A. Mescher. Dimensionless versus dimensional analysis in CFD and heat transfer. Excerpt from Proceedings of the COMSOL Conference 2010 Boston, pp. 1-9, Boston, USA, 2010.
11. A. R. Gamboa, C. J. Morris, and F. K. Forster, Improvements in fixed-valve micropump performance through shape optimization of valves. Journal of Fluids Engineering, 127(2), 339-346, 2005. https://doi.org/10.1115/1.1891151
12. N. Cheimarios, E. Koronaki, and A. G. Boudouvis, Enabling a commercial computational fluid dynamics code to perform certain nonlinear analysis tasks. Computers & chemical engineering, 35(12), 2632-2645, 2011. https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2011.03.008
13. M. A. A. Morshed, N. A. Mini, M. A. Hakim, and M. N. Hasan, Mixed Convective Heat Transfer Characteristic in Vented Cavity Under Dynamic Flow Modulation by CFD and Neural Network Model Approaches. Heat Transfer, 54(5), 3072-3087, 2025. https://doi.org/10.1002/htj.23349
14. A. Mason-Jones, et al., Non-dimensional scaling of tidal stream turbines. Energy, 44(1), 820-829, 2012. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.05.010