İç yüzeyi kanatçıklı konsantrik aralıkta akış ve ısı geçişi
Flow and heat transfer in niternally finned concentric passage
Yazar: KEMAL KUVVET
Danışman: PROF. DR. TAHİR YAVUZ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2002
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Eş merkezli aralık = Concentric passage ; Isı geçişi = Heat transfer ; Kanatlı yüzeyler = Finned surfaces ; Sıvı kristal yöntemi = Liquid crystal technique ; İyileştirme = Improvement

Özet:
ÖZET Taşınımla ısı geçişinin iyileştirilmesi aktif (enerji girişine gerek duyulan) ve pasif (enerji girişi olmayan) olarak sağlanabilmektedir. Pasif tekniklerden biri olan kanatçık kullanımı, enerji sektöründe kullanılan kompakt ısı eşanjörlerindeki ısı geçişini iyileştirmede sık sık kullanılmakta olup literatürde, iç yüzeyi kanatçıklı konsantrik pasajdaki türbülanslı akış ve ısı geçişi ile ilgili bilgiler oldukça sınırlıdır. Bu sebeple, bu çalışmada, iç yüzeyi kanatçıklı ve kanatçıksız konsantrik pasajlardaki türbülanslı akış ve ısı geçiş karakteristikleri deneysel olarak incelenmiştir. Çap oram 0.2 olan konsantrik bir aralığın giriş bölgesinde yürütülen bu çalışmada türbülans karakteristiklerinin, akış alanının, basınç düşümünün ve ısı geçiş parametrelerinin ölçümleri yapılmıştır. Deneysel ölçümlerde, ısı geçişi ölçümleri için son yıllarda geliştirilmiş yeni bir yöntem olan ve özellikle karmaşık geometrilerde tercih edilen sıvı kristal yöntemi kullanılırken, türbülans ve akış alam ölçümlerinde kızgın telli anemometre kullanılmıştır. Ölçümler, üç kanatçık kalınlığında (W= 2 mm, 4 mm, 6 mm) ve aralığında (P=20 mm, 30 mm, 40 mm) ve dört kanatçık yüksekliğinde (H=2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm), türbülans, akış alam ve basınç kayıplarının ölçümlerinde Reynolds sayısının 1 8000' 1 24500 aralığında ve ısı transferi ölçümlerinde Reynolds sayısının 16500'76500 aralığında gerçekleştirilmiştir. Isı geçişi ölçümleri, konsantrik kanalların hem iç yüzeyinde hem de dış yüzeyinde gerçekleştirilmiş olup, çalışmada ayrıca sistemin performans analizi yapılmıştır. Yürütülen bu çalışma neticesinde, kanatçıksız ve kanatçıklı konsantrik aralık akışlanndaki yerel ve ortalama ısı geçiş katsayılarının ve sürtünme faktörlerinin değişimleri elde edilmiş ve düzgün yüzeyli konsantrik aralıkta belirlenen değerler literatürle karşılaştmlmıştır. Kanatçıklı konsantrik aralık akışında elde edilen ortalama Nusselt değerleri, kanatçıklı iç yüzeyde kanatçıksız konsantrik aralık akışmdaki değerlerin 1.36 5.37 katı ve düzgün dış yüzeyde 1.03 1.8 katı olurken, basınç kayıpları 3.12 18.05 katı olmuştur. Ortalama Nusselt sayılan ve sürtünme faktörü için ayrıca boyutsuz kanatçık mesafesi, kanatçık yüksekliği, kanatçık kalınlığı ve Reynolds sayısı değerleri emsinden ampirik bağıntılar geliştirilmiştir. Anahtar Kelimeler.'Konsantrik Aralık, Kanatçıklı Yüzey, Isı Transfer Katsayısı, Sıvı Kristal Yöntemi, İyileştirme

Abstract:
SUMMARY Flow And Heat Transfer In Internally Finned Concentric Passage Convective heat transfer enhancement can be achieved by active (requiring external energy input) or passive (no external energy input) means. Using fin which is one of the passive technique are often used in the energy industry for compact heat exchangers to enhance the heat transfer rate and information on turbulent flow and heat transfer in internally finned concentric passage is rather limited in the literature. So that, in this study, turbulent flow and heat transfer characteristics in internally finned and unfinned concentric passages are investigated experimentally. Measurements are made of turbulence characteristics, mean flow, pressure drop and heat-transfer parameters in the entrance region of a concentric passage of radius ratio 0.2. In the experimental studies, hot-wire anemometer is used for the turbulence and mean flow measurements, while the liquid-crystal technique which is considered to be a new technique improved in recent years and especially preferred in complex geometries is used for the heat transfer measurements. The tests are conducted at three fin width (W=2 mm, 4 mm, 6 mm) and pitch (P=20 mm, 30 mm, 40 mm) and four height (H=2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm) and Reynolds numbers ranging between 18000 and 124500 for the turbulence, mean flow and pressure drop measurements and between 16500 and 76500 for the heat transfer measurements. The heat transfer measurements are carried out on both the inner surface and the outer surface of the concentric duct and in the study, the performance analysis of the systems are also carried out. From this study, the variation of local and mean heat transfer coefficients and friction factors in the fow of the unfinned and finned concentric passages are obtained and the results for the unfinned concentric passage are compared with the data in the literature. In the flow of the finned concentric pasage, average Nusselt numbers are between 1.36 and 5.37 times the flow of the unfinned concentric passage for the finned inner surface and between 1.03 and 1.80 times for the smooth outer surface, while pressure drops are between 3.12 and 18.05. Correlations are also developed in terms of the dimensionless fin spacing, fin height, fin width and Re for the average Nusselt numbers and friction factor. Key Words rConcentric Passage, Finned Surface, Heat Transfer Coefficient, Liquid- Crystal Technique, Enhancement VI