Düşey bir kanal içerisine yerleştirilmiş dikdörtgen, dairesel ve üçgen kesitli kanatçıkların doğal taşınıma etkilerinin sayısal olarak incelenmesi
Effects of rectangular, semi-circular and triangular cross-section blocks on natural convection in vertical channel
Yazar: BAYRAM BAHADIR ER
Danışman: PROF. NURİ YÜCEL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Doğal taşınım = Natural convection ; Sayısal analiz = Numerical analysis

Özet:
Doğal taşınımla ısı aktarımının patikte çok çeşitli uygulamaları olduğundan yüzeylerin doğal taşınım karekteristiklerinin belirlenmesi önem arz etmektedir. Bu çalışmada duvarları ısıtılmış düşey kanal içinde doğal taşınıma bağlı olarak oluşan akışkan hareketi ve yüzeyin ısı aktarımı, sayısal olarak incelenmiştir. Akışkan olarak hava kullanılmış, çözümler iki boyutlu, laminar olarak yapılmış, Boussinesq yaklaşımı uygulanmıştır. Kanal duvar sıcaklığı tüm çözümlerde sabit olarak alınmıştır. Kanalın duvarları üzerine farklı geometrik şekillerdeki bloklar, karşılıklı ve kaydırılmış olarak yerleştirilmiş, bu sayede kanal duvarlarından akışkana aktarılan ısı miktarı, blokların bulunmadığı durumda aktarılan ısı miktarının üzerine çıkarılmaya çalışılmıştır. Blokların geometrisinden başka kanalın boyunun enine oranının, kanal duvarından olan ortalama ısı akısına ve kanal duvarının ortalama Nusselt sayısına etkileri araştırılmıştır. Blok geometrilerinin yerel Nusselt sayısı değerlerine olan etkileri, grafikler halinde sunulmuştur. Akış yönüne göre blokların arkalarında oluşan vorteks bölgelerinin, yarım dairesel kesitli bloklar için en küçük, dikdörtgen kesitli bloklar için ise en büyük olduğu, blokların kaydırılmış olarak yerleştirilmesi halinde, her üç geometri için de vorteks bölgelerinin küçüldüğü belirlenmiştir. Bunun sonucu olarak, yarım dairesel blokların bulunduğu kanal duvarından olan ısı akısının diğer iki blok geometrisi ile oluşturulan kanal duvarından olana göre, kaydırılmış blok dizilimi durumunda kanal duvarından elde edilen ısı akısının da her üç blok geometrisi için de karşılıklı blok diziliminden elde edilene göre daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Bundan başka, kanal boyunun kanal enine oranının büyük değerleri için kanal duvarının ortalama ısı akısının daha yüksek olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Considering widespread applications of natural convection, determination of natural convection heat transfer charactaristics of surfaces is found essential. In this study, fluid motion and heat transfer occured due to natural convection in vertical channel with both walls heated is investigated numerically. Properties of air is used in calcularions. Solutions are performed for two dimensional and laminar flow with Boussinesq approximation. Wall temperature is considered constant. Blocks with different geometries are placed in facing one another and staggered manner and it is aimed to bring the heat flux from surface higher than that of unblocked channel. Effects of aspect ratio of channel on mean heat flux from channel wall and mean Nusselt number of channel wall are also studied. Block geometry?s effects on local Nusselt number are presented by means of diagrams. It is determined that, vortex fields occured beyond blocks were minimum for semi-circular blocks where they are maximum for rectangular blocks. Further investigations demonstrated that, vortex fields become smaller for all three block cross-sections when blocks are staggered. As a result, heat flux from semi-circular blocked channel wall with respect to walls with other two geometries and for each block geometry heat transfer from channel walls with staggered placed blocks with respect to walls with straight placed blocks is calculated higher. Eventually it is found that, mean heat flux increases with increasing aspect ratio of channel.