Bir dik kanal içerisindeki yarı silindirik yüzeylerden olan karışık taşınım ile ısı transferinin nümerik olarak incelenmesi
Numerical study of mixed convection heat transfer in a vertical channel with one-sided semi cylindirical constrictions
Yazar: SEDAT ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. ŞENOL BAŞKAYA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Sunulan tez kapsamında, dik ve içerisinde ısı akısına sahip yarı silindirik engeller bulunan bir kanaldaki karışık konveksiyonun iki boyutlu olarak sayısal incelemesi yapılmıştır. Kanaldaki duvarlar adyabatik olarak modellenmiştir. Kanal içerisindeki akışkan olarak su kullanılmış olup kaldırma kuvvetlerinin etkisi ve termal özellikleri Pr=7 sayısında analiz edilmiştir. Reynolds sayısı hesaplanırken yarı silindirik engelin çapı esas alınmış ve analizler 100 ≤Re ≤200 aralığında yapılmıştır. Değiştirilmiş Richardson sayısı 50 ≤Ri* ≤350 aralığında alınırken kaldırma kuvvetlerinin etkisi ve vorteks yapıları görselleştirilmiş, iki boyutlu görseller sunulmuştur. Sıcaklık dağılımları, hız vektörleri ve ortalama Nusselt sayıları farklı Reynolds ve değiştirilmiş Richardson sayılarında incelenmiştir. Engellerin çapı ve birbirlerine göre olan uzaklıklarının ısı transferine ve Nusselt sayılarına olan etkisi incelenmiştir. Ayrıca BR (yarı silindirik engelin çapının kanal genişliğine oranı) sayısının değiştirilmesinin ısı transferine ve Nusselt sayısına olan etkileri incelenmiştir. Engeller arasındaki uzaklıklar ve BR oranlarının arttırılmasının ısı transferini ve Nusselt sayısının artışını olumlu olarak etkilediği gösterilmiştir. Değiştirilmiş Richardson sayılarının artmasıyla birlikte Nusselt sayısının arttığı gözlemlenmiştir. Yapılan çalışmalar kapsamında kaldırma kuvvetlerinin de ısı transferine olan etkileri incelenmiş, kaldırma kuvvetlerinin ve vorteks oluşumlarının artmasıyla birlikte ısı transferinin ve Nusselt sayısının arttığı görülmüştür. Ayrıca tüm Nusselt sayıları için Reynolds ve değiştirilmiş Richardson sayısının değiştirilmesi ile birlikte oluşan korelasyonlar oluşturulmuştur.

Abstract:
This study presents a numerical study of mixed convection heat transfer in a vertical channel with semi cylindrical constrictions with prescribed heat flux on one wall. All other walls were modelled as adiabatic. The effect of opposing buoyancy on the flow and thermal behavior is analyzed for a fixed Prandtl number of Pr=7. Reynolds numbers based on semi cylinder diameter were analyzed in the range of 100 ≤Re ≤200. Modified Richardson or buoyancy strength number Ri *= Gr */ Re2 were used from 50 to 350. For relatively large values of Ri*, flow visualization images and thermal analysis confirms the presence of a complex two-dimensional (2D) two-vortex structure. Temperature distributions, velocity vectors and averaged Nusselt numbers at different Reynolds and modified Richardson numbers have been obtained. The effects of the dimensions of the constrictions and distance between upper and lower semi cylinders on heat transfer and Nusselt number have been investigated. In addition, effects of blockage ratio (BR, ratio semi cylinder diameter and the width of rectangular channel) on heat transfer and Nusselt number have been investigated. It was observed that with the increase in blockage ratio and distances of the semi cylinders the heat transfer and Nusselt number increases. It was also found out that with increase in the modified Richardson number heat transfer and Nusselt number increases. It was observed that with buoyancy force and vortex structure increase heat transfer increases. Moreover, a numerical correlation was derived for all Nusselt numbers for changes of the Reynolds and Richardson numbers.