An Experimental investigation of a rectangular jet impinging a flat surface

DÜZLEMSEL BİR YÜZEYE ÇARPAN DIKDORTGENSEL BİR JETİN DENEYSEL İNCELENMESİ ÖZET Jet akışı aerodinamiğin en temel ve en önemli konularından biridir. Mühendislikte bir çok uygulama alanına sahiptir. Türbülanslı akım yapılan halen yeterince anlaşılamamış ve teorik analizleri de oldukça zordur. Olayların fiziksel olarak açıklanması genellikle deneysel çalışmalardan elde edilmektedir. Ayrıca hesaplama metodlarının ve teorinin geliştirilmesi ve desteklenmesi açısından da deneysel çalışmalara ihtiyaç vardır. Türbülanslı jetler birçok deneysel çalışmanın konusu olmuştur. İlk çalışmalarda ortalama basınç ve hızlar araştırılmıştır. Daha sonraları sıcak-tel anemometresi kullanılarak zamana bağımlı ölçümler de yapılmaya başlanmıştır. Son zamanlarda ise laser kullanılarak daha detaylı deneyler yapılabilmektedir. Jet akışı temel olarak şu şekilde bölümlere ayrılır: Çıkış hızına göre: Sesaltı, sesüstü Akış tipine göre: Laminer, türbülanslı Çıkış geometrisine göre: Dairesel, dikdörtgen, eliptik,... Akışkan tipine göre: Sıvı, gaz, katı Çıktığı ortama göre: Sıvı, gaz Çıkış şartlarına göre: Serbest, çapraz akıma çıkan, yüzeye çarpan,... Sıcaklığa göre: Normal, ısıtılmış Jet sayısına göre: Tek, çift, çoklu,... Serbest jet halinde oluşan akım yapısı 3 ayrı bölgeden oluşmaktadır. Bunlar sırasıyla potansiyel çekirdek bölgesi, geçiş bölgesi ve tam gelişmiş bölgedir. Potansiyel çekirdek bölgesi içinde akım hızı jet çıkış hızına eşittir. Potansiyel çekirdekten sonra jet ekseni üzerinde türbülans şiddeti artarken hız düşmeye başlar ve tam gelişmiş bölgedeki hız profilleri benzer yapıya sahiptirler. Dikdörtgen çıkış kesitine sahip bir jet için potansiyel çekirdekten sonraki hız profilleri Şekil T de verilmiştir. Burada Um jet ekseni üzerindeki hızdır. Yan hız kalınlığı y0.5` Z0.5 ise hızın jet ekseni üzerindeki Um değerinin yansına ulaşıldığı y ve z mesafeleridir. Geçiş bölgesinde bu değerler farklı olup, tam gelişmiş bölgede birbirlerine yaklaşmaktadırlar. XV11AN EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF A RECTANGULAR JET IMPINGING ON A FLAT SURFACE SUMMARY The objective of this study is to investigate experimentally the rectangular jet flow that impinges to a flat plate normally and obliquely. The aspect ratio (nozzle exit height / nozzle exit width) of the rectangular nozzle is 2. First, to investigate the characteristics of the coming flow to the impingement surface, the free jet conditions are examined by using three different Reynolds numbers based on the nozzle exit width as 3.47xl04, 6.94xl04 and 1.04xl05. Then, the effect of the ratio of the nozzle-to-plate distance to nozzle exit width, H/w, on the jet impingement flow is studied for the Reynolds number of 1.05xl05. H/w ratio is taken as 2.0, 3.08, 4.0, 6.0 and 8.0. To examine the effect of the 0, which is the angle between the jet centerline axis and the surface normal axis, on the jet impingement characteristics, 9 is taken as 0°, 5°, 10°, 15° and 20°. The mean velocity and turbulence intensity profiles are measured by using hot-wire anemometer. The outputs of the hot-wire system are taken and drown by a personal computer with a hot-wire software and data acquisition card. Impingement surface pressures, according to the pressure at settling chamber are measured by using a micromanometer which is connected to a personal computer with a data acquisition card. In this study, the surface oil-film technique is used to visualize the impingement surface flow pattern and smoke method is used to visualize the flow pattern of the free jet and jet impingement to a flat surface. This study consists of five main sections (Chapter 1-5) and 6 appendix (Appendix A-F). Chapter 1 is introduction. The importance of the subject, the purpose of the study and the experimental techniques that were used are mentioned.. In Chapter 2., information about free jet flow and jet impingement according to literature review is given. Chapter 3., explains the instrumentation and experimental techniques. In Chapter 4. results and discussion are given. Concluding remarks are made in Chapter 5. XVIDÜZLEMSEL BİR YÜZEYE ÇARPAN DIKDORTGENSEL BİR JETİN DENEYSEL İNCELENMESİ ÖZET Jet akışı aerodinamiğin en temel ve en önemli konularından biridir. Mühendislikte bir çok uygulama alanına sahiptir. Türbülanslı akım yapılan halen yeterince anlaşılamamış ve teorik analizleri de oldukça zordur. Olayların fiziksel olarak açıklanması genellikle deneysel çalışmalardan elde edilmektedir. Ayrıca hesaplama metodlannın ve teorinin geliştirilmesi ve desteklenmesi açısından da deneysel çalışmalara ihtiyaç vardır. Türbülanslı jetler birçok deneysel çalışmanın konusu olmuştur. İlk çalışmalarda ortalama basınç ve hızlar araştırılmıştır. Daha sonraları sıcak-tel anemometresi kullanılarak zamana bağımlı ölçümler de yapılmaya başlanmıştır. Son zamanlarda ise laser kullanılarak daha detaylı deneyler yapılabilmektedir. Jet akışı temel olarak şu şekilde bölümlere ayrılır: Çıkış hızına göre: Sesaltı, sesüstü Akış tipine göre: Laminer, türbülanslı Çıkış geometrisine göre: Dairesel, dikdörtgen, eliptik,... Akışkan tipine göre: Sıvı, gaz, katı Çıktığı ortama göre: Sıvı, gaz Çıkış şartlarına göre: Serbest, çapraz akıma çıkan, yüzeye çarpan,... Sıcaklığa göre: Normal, ısıtılmış Jet sayısına göre: Tek, çift, çoklu,... Serbest jet halinde oluşan akım yapısı 3 ayrı bölgeden oluşmaktadır. Bunlar sırasıyla potansiyel çekirdek bölgesi, geçiş bölgesi ve tam gelişmiş bölgedir. Potansiyel çekirdek bölgesi içinde akım hızı jet çıkış hızına eşittir. Potansiyel çekirdekten sonra jet ekseni üzerinde türbülans şiddeti artarken hız düşmeye başlar ve tam gelişmiş bölgedeki hız profilleri benzer yapıya sahiptirler. Dikdörtgen çıkış kesitine sahip bir jet için potansiyel çekirdekten sonraki hız profilleri Şekil T de verilmiştir. Burada Um jet ekseni üzerindeki hızdır. Yan hız kalınlığı y0.5` Z0.5 ise hızın jet ekseni üzerindeki Um değerinin yansına ulaşıldığı y ve z mesafeleridir. Geçiş bölgesinde bu değerler farklı olup, tam gelişmiş bölgede birbirlerine yaklaşmaktadırlar. XV11AN EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF A RECTANGULAR JET IMPINGING ON A FLAT SURFACE SUMMARY The objective of this study is to investigate experimentally the rectangular jet flow that impinges to a flat plate normally and obliquely. The aspect ratio (nozzle exit height / nozzle exit width) of the rectangular nozzle is 2. First, to investigate the characteristics of the coming flow to the impingement surface, the free jet conditions are examined by using three different Reynolds numbers based on the nozzle exit width as 3.47xl04, 6.94xl04 and 1.04xl05. Then, the effect of the ratio of the nozzle-to-plate distance to nozzle exit width, H/w, on the jet impingement flow is studied for the Reynolds number of 1.05xl05. H/w ratio is taken as 2.0, 3.08, 4.0, 6.0 and 8.0. To examine the effect of the 0, which is the angle between the jet centerline axis and the surface normal axis, on the jet impingement characteristics, 9 is taken as 0°, 5°, 10°, 15° and 20°. The mean velocity and turbulence intensity profiles are measured by using hot-wire anemometer. The outputs of the hot-wire system are taken and drown by a personal computer with a hot-wire software and data acquisition card. Impingement surface pressures, according to the pressure at settling chamber are measured by using a micromanometer which is connected to a personal computer with a data acquisition card. In this study, the surface oil-film technique is used to visualize the impingement surface flow pattern and smoke method is used to visualize the flow pattern of the free jet and jet impingement to a flat surface. This study consists of five main sections (Chapter 1-5) and 6 appendix (Appendix A-F). Chapter 1 is introduction. The importance of the subject, the purpose of the study and the experimental techniques that were used are mentioned.. In Chapter 2., information about free jet flow and jet impingement according to literature review is given. Chapter 3., explains the instrumentation and experimental techniques. In Chapter 4. results and discussion are given. Concluding remarks are made in Chapter 5. XVIDÜZLEMSEL BİR YÜZEYE ÇARPAN DIKDORTGENSEL BİR JETİN DENEYSEL İNCELENMESİ ÖZET Jet akışı aerodinamiğin en temel ve en önemli konularından biridir. Mühendislikte bir çok uygulama alanına sahiptir. Türbülanslı akım yapılan halen yeterince anlaşılamamış ve teorik analizleri de oldukça zordur. Olayların fiziksel olarak açıklanması genellikle deneysel çalışmalardan elde edilmektedir. Ayrıca hesaplama metodlannın ve teorinin geliştirilmesi ve desteklenmesi açısından da deneysel çalışmalara ihtiyaç vardır. Türbülanslı jetler birçok deneysel çalışmanın konusu olmuştur. İlk çalışmalarda ortalama basınç ve hızlar araştırılmıştır. Daha sonraları sıcak-tel anemometresi kullanılarak zamana bağımlı ölçümler de yapılmaya başlanmıştır. Son zamanlarda ise laser kullanılarak daha detaylı deneyler yapılabilmektedir. Jet akışı temel olarak şu şekilde bölümlere ayrılır: Çıkış hızına göre: Sesaltı, sesüstü Akış tipine göre: Laminer, türbülanslı Çıkış geometrisine göre: Dairesel, dikdörtgen, eliptik,... Akışkan tipine göre: Sıvı, gaz, katı Çıktığı ortama göre: Sıvı, gaz Çıkış şartlarına göre: Serbest, çapraz akıma çıkan, yüzeye çarpan,... Sıcaklığa göre: Normal, ısıtılmış Jet sayısına göre: Tek, çift, çoklu,... Serbest jet halinde oluşan akım yapısı 3 ayrı bölgeden oluşmaktadır. Bunlar sırasıyla potansiyel çekirdek bölgesi, geçiş bölgesi ve tam gelişmiş bölgedir. Potansiyel çekirdek bölgesi içinde akım hızı jet çıkış hızına eşittir. Potansiyel çekirdekten sonra jet ekseni üzerinde türbülans şiddeti artarken hız düşmeye başlar ve tam gelişmiş bölgedeki hız profilleri benzer yapıya sahiptirler. Dikdörtgen çıkış kesitine sahip bir jet için potansiyel çekirdekten sonraki hız profilleri Şekil T de verilmiştir. Burada Um jet ekseni üzerindeki hızdır. Yan hız kalınlığı y0.5` Z0.5 ise hızın jet ekseni üzerindeki Um değerinin yansına ulaşıldığı y ve z mesafeleridir. Geçiş bölgesinde bu değerler farklı olup, tam gelişmiş bölgede birbirlerine yaklaşmaktadırlar. XV11 AN EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF A RECTANGULAR JET IMPINGING ON A FLAT SURFACE SUMMARY The objective of this study is to investigate experimentally the rectangular jet flow that impinges to a flat plate normally and obliquely. The aspect ratio (nozzle exit height / nozzle exit width) of the rectangular nozzle is 2. First, to investigate the characteristics of the coming flow to the impingement surface, the free jet conditions are examined by using three different Reynolds numbers based on the nozzle exit width as 3.47xl04, 6.94xl04 and 1.04xl05. Then, the effect of the ratio of the nozzle-to-plate distance to nozzle exit width, H/w, on the jet impingement flow is studied for the Reynolds number of 1.05xl05. H/w ratio is taken as 2.0, 3.08, 4.0, 6.0 and 8.0. To examine the effect of the 0, which is the angle between the jet centerline axis and the surface normal axis, on the jet impingement characteristics, 9 is taken as 0°, 5°, 10°, 15° and 20°. The mean velocity and turbulence intensity profiles are measured by using hot-wire anemometer. The outputs of the hot-wire system are taken and drown by a personal computer with a hot-wire software and data acquisition card. Impingement surface pressures, according to the pressure at settling chamber are measured by using a micromanometer which is connected to a personal computer with a data acquisition card. In this study, the surface oil-film technique is used to visualize the impingement surface flow pattern and smoke method is used to visualize the flow pattern of the free jet and jet impingement to a flat surface. This study consists of five main sections (Chapter 1-5) and 6 appendix (Appendix A-F). Chapter 1 is introduction. The importance of the subject, the purpose of the study and the experimental techniques that were used are mentioned.. In Chapter 2., information about free jet flow and jet impingement according to literature review is given. Chapter 3., explains the instrumentation and experimental techniques. In Chapter 4. results and discussion are given. Concluding remarks are made in Chapter 5. XVI 174