Kanatlı borulardaki dış akış ve konjuge ısı transferi mekanizmasinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of external flow and conjugate heat transfer mechanism in finned tubes
Yazar: ÇAĞDAŞ YEŞİL
Danışman: PROF. DR. OKTAY ÖZCAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, kanatlı boru demetleri üzerindeki zamana bağlı ve türbülanslı dış akış ile kanatlardaki konjuge ısı transferi mekanizmaları sayısal olarak incelenmiştir. Bu tip problemlerde sayısal model seçilirken, simetri sınır koşullarının akışın fiziği açısından çözüm hatalarına neden olabileceği, periyodik sınır koşullarının fiziksel olarak daha doğru sonuçlar vereceği örnek uygulamalarla gösterilmiştir. Sayısal çözümler için FLUENT hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) paket programı kullanılmıştır. Ayrıca, özellikle karmaşık yapıdaki zamana bağlı ve türbülanslı akış çözümlerinde dikkat edilmesi gereken noktalar üzerinde durulmuştur.Sayısal uygulamaların ilkinde, dairesel bir sonsuz uzunlukta silindir üzerindeki akışta, simetri sınır koşulunun hatalı sürükleme katsayıları verdiği görülmüştür. Bunun yerine periyodik sınır koşulu kullanılarak daha gerçekçi sonuçlar elde edilmiştir. İkinci uygulamada ise literatürde simetri sınır koşulu kullanılarak çözülmüş dairesel kanatlı boru demeti üzerindeki akış problemi, periyodik sınır koşulu kullanılarak çözülmüştür. Sayısal sonuçlar grafiklerle gösterilerek daha gerçekçi sonuçların yakalandığı görülmüştür. Üçüncü ve son uygulamada ise üzerinde az çalışma yapılmış olan iki borulu dikdörtgen kanatlı boru demeti üzerindeki üç boyutlu, zamana bağlı, türbülanslı akış incelenmiştir. Sonuç olarak, bu kanatların literatürde de belirtildiği gibi performanslarının olukça düşük olduğu görülmüştür.Yapılan sayısal çözümler literatürde verilen deneysel verilerle karşılaştırıldığında, seçilen modelleme yöntem ve parametrelerinin uygun olduğu görülmüştür.Anahtar Kelimeler: Kanatlı boru, Konjuge ısı transferi, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD)

Abstract:
The present numerical study has been carried out to investigate three dimensional, unsteady, turbulent flow over the finned tubes and conjugate heat transfer mechanism in the fins. It has been shown that, in this type of numerical problems, symmetry boundary conditions could cause unphysical results and therefore periodic boundary conditions should be used to get more accurate results. The available computional fluid dynamics (CFD) package FLUENT has been used to obtain the numerical solutions. However, special attention has been given to the modelling parameters of the complicated turbulent, unsteady flow.In the first numerical application, symmetry boundary condition was revealed to give inaccurate drag coefficient in the flow across an infinite circular cyclinder. Alternatively, periodic boundary conditions were used to get more accurate results. In the second numerical application, circular finned tubes in cross flow were investigated by using periodical boundary conditions instead of symetrical boundary conditions. The numerical flow visualizations were used to show more physical results. In the third and last application, unsteady, turbulent flow over polygonal finned tube banks-with two tubes was studied. Finally, this type of fins were proved to have a low surface efficiency which agree with literature review.Making comparison between present numerical results and literature studies, it was seen that chosen numerical modelling method and parameters are sufficiently reliable.Keywords: Finned tube, Conjugated heat transfer, Computational Fluid Dynamics (CFD)