Kapalı soğutma sistemlerinde laminer akışlı çoklu su jeti kullanımının ısı transferine etkilerinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of the effects of laminary flow multiple water jets on heat transfer in confined cooling systems
Yazar: ÖMER FARUK ÇAKMAK
Danışman: PROF. DR. ŞENOL BAŞKAYA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada 2x2 kare düzene sahip dört adet jet kullanılarak batırılmış jet sistemlerinin soğutma performansı sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmada iş akışkanı olarak su kullanılmıştır. Al 6061 malzemeden yapılan çarpma plakası 40W/cm2 sabit ısı akısı altındadır. Jet çapı, jet-plaka mesafesi, soğutucu akışkan sıcaklığı, çıkış borusu çapları, jet sayısı ve Reynolds sayısı değiştirilerek sayısal çözümler tekrarlanmış ve sonuçlar elde edilmiştir. Sonuçlar ısı transferi katsayısı, plaka sıcaklığı ve Nusselt sayılarının karşılaştırması şeklinde sunulmuştur. Jet çapı 0,1 mm ile 1 mm arasında, jet plaka mesafesi 0,5 mm ile 5 mm arasında, Reynolds sayısı 100 – 800 arasında ve akışkan sıcaklığı ise 15 °C ile 45 °C arasında, emme borusu çapı 0,2 mm ile 4 mm arasında değiştirilmiştir. Her bir parametre için çözümler tekrarlanmıştır. Reynolds sayısı artışına bağlı olarak ısı transferinin arttığı gözlemlenmiştir. Jet – plaka mesafesinin azalması sanılanın aksine ısı transferine çok cüzi bir miktarda etki etmektedir. Akışkan sıcaklığının artması ısı transferini olumsuz etkilemektedir. Emme borusu çaplarının değiştirilmesi plaka üzerindeki ortalama Nu sayısını kayda değer bir ölçüde etkilememektedir. Jet sayısının artması sabit debi altında, plaka üzerindeki ortalama sıcaklığı 4 °C daha artırmış ve plaka üzerindeki yerel sıcaklık dağılımını etkilemiştir. Çalışmanın sonunda ortalama Nu sayısı ile jet çapı, Reynolds sayısı, emme borusu çapı, akışkan sıcaklığı ve jet-plaka mesafesi gibi bağımsız değişkenler arasında olan ilişki bir korelasyon ile verilmiştir.

Abstract:
In this study, the cooling performance of submerged jet systems which have 4 jets in square configuration were examined numerically. Water was used as the working fluid. Impingement plate was made of Al6061, and it has a constant heat flux of 40 W/cm2. Investigated variables are jet diameter, jet – to – plate distance, coolant inlet temperature, outlet diameters, number of jets and the Reynolds number. Results are presented as comparison of heat transfer coefficient, plate temperature and Nusselt Number. Range of variables of jet diameter, jet – to – plate distance, Reynolds number, coolant inlet temperature and outlet diameter are 0.1 mm to 1.0 mm, 0.5 mm to 5.0 mm, 100 to 800, 15 °C to 45 °C and 0.2 mm to 4.0 mm respectively. Solutions are repeated and it was observed that there was an increase in heat transfer coefficient with increasing Re number. Decreasing the distance between jet and plate affects the heat transfer less than what is believed. Increasing the inlet temperature of coolant plays an important role on the heat transfer. Outlet diameter has no affect on heat transfer coefficient. Under the constant volumetric flow rate condition, increasing the jet number effects on impingement plate temperature and increased approximately 4°C and changed local temperature distribution on impingement plate. At the end of the study, a corelation equation was developed between the Nu number and its independent variables, such as jet diameter, Reynolds number, outlet diameter, coolant inlet temperature and jet – to – plate distance.