Newtonyen olmayan akışkanların Taylor-Couette akışlarındaki davranışlarının deneysel ve nümerik olarak incelenmesi

Abstract

Taylor-Couette reaktörleri akış yapılarının rejim geçişleriyle birlikte ortaya çıkan ikincil akış yapıları nedeniyle yüksek karıştırma verimi ve enerji dagılımı sağlarlar. Bundan dolayı arıtma proseslerinde saglamış oldukları yüksek verimlilik nedeniyle alternatif olarak degerlendirilmektedir. Bu çalışmada, dar ve geniş boşluklarda Taylor-Couette reaktöründe Newtonyen ve Newtonyen olmayan akışkanlar kullanılarak akış yapıları ve geçi¸s degerleri üzerindeki etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. Bu tez çalışmasında, Taylor vorteks akış yapılarından önce aksisimetrik olmayan akış yapılarının ortaya çıktıgı gözlemlenmiştir. Aynı zamanda shear-thinning özelliğine sahip akışkanlarda Taylor vorteks akış yapısından modüle edilmiş ddalgalı vorteks akış yapısına geçiş sürecinde farklılıkların olu¸stugu gözlemlenmi¸stir. Newtonyen ve shear-thinning ˘ akı¸skanlar için, birincil ve ikincil akı¸s yapılarının kritik degerlerini ve akı¸s durumlarının ˘ yapısal özellikleri Reynolds sayısı kullanılarak kar¸sıla¸stırılmı¸stır. Ortaya çıkan vorteks yapılarının shear-thinning akı¸skanlarda degişken eksenel dalga boyuna sahip oldugu ve eksenel doğrultuda kaydı gözlemlenmiştir. Kritik geçiş degerlerini karşılaştırabilmek amacıyla üç farklı Reynolds sayısı kullanılmıştır. Shear-thinning akışkanlarda viskozite gap boyunca degişmektedir. Reynolds sayısı tanımında viskozite ifadesi yerine gap içerisindeki tek bir deger kullanılması durumunda kritik akı¸s yapılarının tanımlanmasında tutarsız sonuçlar ortaya çıkmaktadır. Lokal viskoziteye göre tanımlanan yerel Reynolds sayısı kullanıldıgında shear-thinning ˘ etkisinin kritik Reynolds sayısı üzerinde monotonik bir etkiye sahip oldugu görülmüştür. Bu çalışmadan elde edilen çıktıların pratik uygulamalar için degerli bilgi ve deneyim saglayacaktır. Elde edilen sonuçların, yüksek kaliteli grafen oksit ürünleri sentezlemek için TC reaktörünün etkili bir şekilde tasarlanmasına ve geliştirilmesine yardımcı olacagına inanıyoruz. Elde edilen sonuçlar ayrıca TC reaktörlerindeki Newtonyen olmayan akı¸skan ve akı¸s yapı etkile¸siminin daha iyi anla¸sılmasını saglacaktır. Bu tez aynı zamanda grafit oksidasyon seviyesinin ˘ iyileştirilmesi üzerine daha yoğun araştırmalara ilham ve motivasyon da sağlayacaktır. Elde edilen sonuçlar ayrıca, balast suyunda doğal olmayan türlerin inaktivasyonunda ˘ alternatif bir yöntem olarak Taylor-Couette UV reaktörlerininde tasarlanabilecegini ˘ göstermektedir.