Pimli plakalarda pim yüksekliğinin, pim aralığının ve plaka açısının doğal taşınımla ısı transferine etkisinin deneysel olarak incelenmesi
The effect of fin height, fin spacing and plate angle on thefinned plates on the heat transfer with naturel convection
Yazar: MUKADDES ÖZDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. AHMET ALİ SERTKAYA
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Doğal taşınım uygulamaları birçok yerde karşımıza çıkmaktadır. Radyatörler, sobalar, güneş toplayıcıları, yoğuşturucu ve buharlaştırıcı gibi birçok uygulamada doğal taşınım söz konusudur. Doğal taşınımla ısı transferini artırmak 3 yolla mümkündür: sıcaklık farkını artırmak, ısı taşınım katsayısını artırmak, ısı transfer yüzeyini artırmak. Çoğu uygulamada ortam sıcaklığı ve taşınım katsayısı sabit olduğundan veya çok az değiştiğinden ısı transfer yüzeyini artırmak en akıllıca çözüm olmaktadır. Isı transferi yüzey arttırma yöntemleri ilaveten akış yapılarına etki ederek taşınım katsayısı değerlerini de iyileştirebilmektedir. Soğutulmak istenen yüzeylere kanatçık eklemek ısı transfer yüzey alanının arttırılması için kullanılan başlıca yöntemlerden biridir. 
Bu çalışmada özel olarak imal edilmiş bir adet pimsiz, sekiz adet farklı pim aralığı ve yüksekliğine sahip toplamda dokuz adet plaka, yataya göre 0°, 90°, 180° açılarında test edilmiştir. Pimler dairesel kesite sahip ve düzgün sıralıdır. Ayrıca iki farklı pim yüksekliği de denemelerde kullanılmıştır. Laminer doğal taşınım olayının incelendiği çalışmada farklı ısıtma güçleri ile Rayleigh sayısı değiştirilmiştir. Rayleigh sayısına, plakaların geometrileri ve oryantasyonlarına bağlı olarak Nusselt sayısı değerleri hesaplanmıştır. Çalışmada ayrıca ışınımın etkisi de dikkate alınarak ısı transferi hesaplamaları yapılmıştır. Pim sayısının artması ile Nusselt sayısı ve ısı transferi belirli bir pim sayısı değerine kadar artmaktadır. Fakat belirli bir pim sayısı değerinden sonra pim sayısının daha fazla arttırılmasının Nusselt sayısı değerlerini düşürdüğü görülmüştür. Sonuçlar en yüksek Nusselt sayısı değerinin her üç yönelim için de 11×11×40 plakasında elde edildiğini göstermektedir. Yüzey sıcaklığı en çok artan durum ise beklendiği üzere pimsiz plaka ile elde edilmiştir. Diğer plakaların ısıl performansı bu iki tür plaka arasında değişmektedir. Plaka yönelimlerine bakıldığında en düşük yüzey sıcaklıklarının 0° açısında, en yüksek yüzey sıcaklıklarının ise 180° açısında oluştuğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Natural convection applications appear in many places. Natural convection is involved in many applications such as radiators, stoves, solar collectors, condensers, and evaporators. It is possible to increase the heat transfer by natural convection in 3 ways: increasing the temperature difference, increasing the heat transfer coefficient, increasing the heat transfer surface. In most applications, increasing the heat transfer surface is the wisest solution since the ambient temperature and the convection coefficient are constant or change very little. Heat transfer surface enhancement methods can also improve the convection coefficient values by influencing the flow structures. Adding fins to the surfaces to be cooled is one of the main methods used to increase the heat transfer surface area.
In this study, a total of nine plates, one without a pin and eight different pin spacings and heights, were tested at 0°, 90° and 180° angles with respect to the horizontal ground. The pins have circular cross-section and are in an inline layout. In addition, two different pin heights were used in the experiments. The Rayleigh number was changed with different heating powers in the study in which the laminar natural convection phenomenon was investigated. Nusselt number values were calculated based on the Rayleigh number, the geometry and orientation of the plates. In the study, heat transfer calculations were made by taking into account the effect of radiation. With the increase of pin number, Nusselt number and heat transfer increase up to a certain pin number value. However, it has been observed that increasing the number of pins more after a certain pin number value reduces the Nusselt number values. The results show that the highest Nusselt number value was obtained in plate 11×11×40 for all three orientations. The situation where the surface temperature increased the most was obtained with the plain plate, as expected. The thermal performance of other plates varies between these two types of plates. Considering the orientations of the plates, it was determined that the lowest surface temperatures occur at the angle of 0°, and the high surface temperatures occur at the angle of 180°.