Eksenel kanatçıklı silindirlerden doğal taşınımla ısı transferi
Natural convection heat transfer from axially finned cylinders
Yazar: EMRE GÜVENTÜRK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞÜKRÜ ULAŞ ATMACA
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Doğal taşınım = Natural convection ; Isı geçişi = Heat transfer ; Silindir = Cylinder ; Taşınım = Convection ; Yatay silindir = Horizontal cylinder

Özet:
Taşınımla ısı transferi akışkan bir ortam ile bir yüzey arasında gerçekleşir. Isı transferinin iyileştirilmesi için üç yöntem vardır. Bunlar; ısı transfer katsayısını arttırmak, ısı transfer yüzey alanını arttırmak ve ortamlar arasındaki sıcaklık farkını arttırmak olarak sıralanabilir. Bazen ısı transfer katsayısını veya ortamlar arasındaki sıcaklık farkını arttırmak olanaklı olmayabilir. Isı transferini arttırmak için ısı transfer yüzey alanını arttırmak en çok kullanılan yöntemdir. Bu yöntem elektrik ve elektronik uygulamalarında ve ısıtma sistemlerinde sıkça karşımıza çıkmaktadır.
Doğal taşınım ile ısı transferi için Nusselt ve Rayleigh sayılarının aldığı değerlere göre yorumlar yapılır. Genellikle doğal taşınımda Ra108 değeri için ısı geçişinin laminer sınır tabaka içinde gerçekleştiği, Ra109 değeri içinse sınır tabakadaki hareketin türbülanslı olduğu kabul edilir. Doğal taşınım için 108 Ra109 aralığı geçiş bölgesidir. Deneyler doğal taşınım bölgesinde yapılmıştır.
Bu çalışmada, yatay olarak yerleştirilen, alüminyum silindir üzerine eksenel olarak tutturulmuş dikdörtgen kesitli kanatçıklardan doğal taşınım ile ısı transferi incelenmiştir. Hesaplamalarda taşınım ile ısı transferinin yanı sıra ışınım ile ısı transferinin etkileri de dikkate alınmıştır. Deneyler farklı kanatçık boyutlarında, farklı kanatçık sayılarıyla ve farklı giriş güçlerinde tekrarlanarak ölçümler yapılmıştır. Deney sonuçları Nusselt sayısının Rayleigh sayısı ile değişimi olarak sunulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre kanatçıkların ısı transferini önemli ölçüde artırdığı görülmüştür. Örneğin, 30 mm kanatçık yüksekliğinde 6 adet eksenel kanatçığa sahip silindirde, düz silindire göre yaklaşık 3 kat ısı transferi artmıştır.  Ayrıca ışınım ile ısı transferinin taşınım ile olan ısı transferi yanında azımsanamayacak kadar önemli olduğu belirlenmiştir. Kanatçısız silindirde ışınım ile gerçekleşen ısı transferinin toplam güce oranı, düşük güç değerinde % 49 gerçekleşirken güç değeri arttıkça % 43,4'e düştüğü belirlenmiştir.

Abstract:
Convection heat transfer occurs between a surface and a fluid. There are three ways to enhance the heat transfer. These are; to increase the heat transfer coefficient, to enlarge the heat transfer area and to increase the temperature difference between the mediums. It may be impossible to increase the heat transfer coefficient and the temperature difference of the mediums in occasional conditions. The most preferred way to improve the heat transfer is the enlargement of the heat transfer surface area. This method is especially preferred in electrical and heating systems.
Those interprets can be made according to the values of Nusselt and Rayleigh numbers in natural convection heat transfer. It is usually accepted as the heat transfer is in laminar boundary layer if  Ra108 and is in turbulent boundary layer if Ra109. It is assumed as transition region for natural convection      108 Ra109.  The experiments were handled in natural convection region.
Natural convection heat transfer are investigated by considering the effects of thermal radiation heat transfer from axially finned cylinders. The experiments were repeated for different angular positions and for various thermal power inputs. Not only the angular position, but also the thermal power input; fin dimensions and the spaces among the fins were taken as variables as well. The measurement were made for the unfinned cylinder for the same angular position and thermal power inputs and comparisons are made. It is observerd from the result of the experiments that the fin increase the heat transfer considerably when compared with the unfinned surface. For example, by flat cylinder with 6 axial fin height of 30 mm it increased approximately 3-fold heat transfer cylinder. Furthermore it appears that the radiation heat transfer is next to be underestimated the importance of heat transfer by convection. Total power ratio of actual radiation heat transfer has a flat cylinder at low power value of 49% was realized that the increased power value is determined to fall to 43,4%.