Çevresel olarak yarısı sabit yüzey sıcaklığı ile ısıtılmış kalın cidarlı bir boruda geçici rejim birleşik ısı transferi
Transient conjugated heat transfer in a thick walled pipe circumferentially half heated with constant surface temperature
Yazar: Ş.ULAŞ ATMACA
Danışman: PROF. DR. ŞEFİK BİLİR
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Çevresel olarak yarısı ısıtılan kalın cidarlı borularda, laminer akış ısıl gelişme bölgesi geçici rejim birleşik ısı transferi problemi, üç boyutlu cidar eksenel iletimi ve eksenel akışkan iletimi göz önüne alınarak incelenmiştir. Problem, başlangıçta eş sıcaklıklı, sonsuz uzunlukta, iki bölgeli, üst akış bölgesi tamamen, alt akış bölgesinin ise çevresel olarak yarısı yalıtılmış bir boruda, alt akış bölgesinin diğer çevresel yarısında dış yüzey sıcaklığında meydana gelen ani sıcaklık artışı sınır şartı ile ele alınmıştır. Çözüm bir sonlu farklar yöntemi ile sayısal olarak yapılmış, akışkan tarafı diferansiyel denklemi bir kesin çözüm profili ile ayrıklaştırılmıştır. Problemi tanımlayan dört boyutsuz parametrenin, Peclet sayısı, cidar kalınlık oranı, cidar-akışkan ısı iletkenlik katsayısı oranı ve cidar-akışkan ısıl yayılım katsayısı oranı, ısı transferi karakteristikleri üzerine etkilerini görmek için parametrik bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, gerek cidar ve gerekse akışkan tarafında, akışa ters yöndeki eksenel iletimin yanı sıra, açısal iletim ile borunun ısıtılan çevresel bölümünden ısıtılmayan bölümüne büyük miktarda ısı transfer edildiğini göstermektedir. Akışkana transfer edilen toplam ısının önemi bir yüzdesi cidarın ısıtılmayan çevresel bölümünden gerçekleşmektedir. Sonuçların parametre değerlerinden büyük ölçüde etkilendiği görülmüştür.Anahtar Kelimeler: Birleşik ısı transferi, Borularda laminer akış ısı transferi, Çevresel olarak yarısı ısıtılmış borular, Geçici rejimde ısı transferi, Sayısal çözüm

Abstract:
Transient conjugated heat transfer in circumferentially half heated thick walled pipes for thermally developing laminar flows is investigated, involving three dimensional wall conduction and fluid axial conduction. The problem is handled for an initially isothermal, two-regional infinite pipe, for which the upstream region is completely insulated and the downstream region is circumferentally half insulated by considering an instant increase in the outer wall temperature of the other circumferential part in the downstream region. Solution is made numerically by a finite-difference method and the fluid side differential equation is discretized by an exact profile. A parametric study is done to anayze the effects of four defining parameters, namely the Peclet number, wall-to-fluid thermal conductivity ratio, wall-tofluid thermal diffusivity ratio and the wall thickness ratio, on heat transfer characteristics. The results show that, both in the wall and in the fluid sides, besides backward heat transfer due to axial conduction, becuse of angular conduction a large amount of heat is transferred from the circumferentially heated to the unheated part of the pipe. An important percentage of the total heat transfer to the fluid is realized from the unheated circumferential part of the pipe. The results are seen to be much affected by the parameter values.Keywords: Circumferential half heated pipes, Conjugate heat transfer, Laminar flow heat transfer in pipes, Numerical solution, Transient heat transfer.