Düşey periyodik salınıma sahip bir levhadan taşınımla ısı transferinin incelenmesi
Investigation of convective heat transfer from a plate having vertical periodic oscillation
Yazar: SELMA AKÇAY
Danışman: PROF. DR. ÜNAL AKDAĞ
Aksaray Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, düşey düz bir levhanın periyodik salınımlarının karışık taşınım ile ısı transferi üzerindeki etkileri deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel düzenek, şeffaf bir muhafaza, bu muhafaza içinde hareket eden deneysel model, deneysel modelin periyodik hareketini sağlayan volan-motor sistemi, veri toplama sistemi ve bilgisayardan oluşmaktadır. Deneysel çalışmalar, hem hareketsiz düşey levha hem de peryodik hareketli düşey levha için gerçekleştirilmiştir. Deneylerde parametrik çalışma için Ra sayısı (1.17×107≤ Ra ≤ 3.6×107), salınım genliği (0.4 ≤ Ao ≤ 1.4) ve salınım frekansı (65 ≤ Wo ≤146) değiştirilmiştir. Deneysel çalışma sonucunda, anlık ve ortalama sıcaklıklar elde edilmiş, bu veriler kullanılarak ısı transferi performansı hesaplanmıştır. Ayrıca salınım parametrelerinin Richarson Sayısı (Ri) üzerindeki etkileri de analiz edilmiştir. Deneysel çalışmada belirsizliğe neden olan parametreler belirlenerek toplam belirsizlik analizi hesaplanmıştır. Sayısal çalışmalar için deneysel veriler esas alınarak Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) tabanlı ANSYS Fluent programı ile sayısal hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Sayısal hesaplamalar sonucunda, levha yüzeyinde ortaya çıkan karışık taşınımla ısı transferi miktarı hesaplanmış ve sayısal sonuçlar, deneysel sonuçlarla ve yaygın literatür ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca levha yüzeyindeki anlık hız ve sıcaklık dağılımları elde edilmiştir. Sonuç olarak, periyodik salınımlı düşey levha için elde edilen ısı transferi, sabit düşey levha için elde edilen ısı transferinden daha yüksek bulunmuştur. Isı transferi performansının, salınım parametrelerinden ve  Ra sayısından oldukça etkilendiği gözlemlenmiştir. En iyi ısı transfer performansı düşük Ra sayısında (Ra=1.17×107), yüksek salınım genliği (Ao=1.4) ve yüksek salınım frekansında (Wo=146) yaklaşık % 43 olarak elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, effects on mixed convection heat transfer of periodic oscillations on a vertical flat plate were experimentally and numerically investigated. The experimental setup consists of a transparent enclosure, the experimental model moving within the enclosure, the flywheel-motor system for periodic motion of the experimental model, the data acquisition system and the computer. In the study, Rayleigh number (1.17×107≤ Ra ≤ 3.6×107), oscillation amplitude (0.4 ≤ Ao ≤ 1.4) and oscillation frequency (65 ≤ Wo ≤146) were changed. As a result of the experimental study, instant and average temperatures were obtained and heat transfer performance was calculated using these data. In addition, the effects of oscillation parameters on the Richarson Number (Ri) were analyzed. Total uncertainty analysis was calculated by determining the parameters causing uncertainty in the experimental study. For numerical studies, numerical simulations were performed by using ANSYS Fluent program based on Computational Fluid Dynamics (CFD) according to experimental data. As a result of the simulations, the mixed convection heat transfer on the plate surface was calculated and numerical results were compared with experimental results and widespread literature. In addition, instant velocity and temperature contours were obtained on the plate surface. As a result, the heat transfer obtained for the periodic oscillating vertical plate was higher than the heat transfer obtained for the fixed vertical plate. The heat transfer performance was significanly affected by the oscillation parameters and Ra numbers. The best heat transfer performance was obtained about 43 % at low Ra number (Ra = 1.17×107), high amplitude (Ao = 1.4) and high oscillation frequency (Wo=146).