Açık oyuk içeren kanallarda iki ve üç boyutlu ısı geçişi ve akışın incelenmesi
Investigation of the two and three dimensional heat transfer and fluid flow in a channel with an open cavity
Yazar: ÇİSİL TİMURALP
Danışman: PROF. DR. ZEKERİYA ALTAÇ
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, içerisinde oyuk bulunan bir kanalda ısı geçişi ve akış iki ve üç boyutlu olarak çeşitli oyuk ebatları ve akış parametreleri cinsinden sayısal olarak incelenmiştir. Oyuğun ön (veya sol) cidarı sabit sıcaklıkta tutulmaktadır; oyuğun ısıtılmayan diğer cidarları ile kanalın üst ve alt cidarlarında adyabatik sınır şartı uygulanmıştır. Kanaldan geçen akışkan olarak hava seçilmiş ve Prandtl sayısı (Pr) olarak 0,71 alınmıştır. Çözümlemelerin FLUENT® programıyla yapıldığı bu sayısal çalışmada çözüm algoritması olarak SIMPLE algoritması, momentum ve enerji denklemlerinde ikinci mertebeden ayrıklaştırma şeması kullanılmıştır. Süreklilik, hızlar ve enerji denklemleri için ise 10-6 yakınsama kriteri seçilmiştir. İncelenen geometriler oyuk genişliğinin oyuk yüksekliğine oranı (W/D) 0,5; 1 ve 2; kanal yüksekliğinin oyuk yüksekliğine oranı (H/D) ise 0,25; 0,5; 1 ve 2 alınarak oluşturulmuştur. Reynolds sayısı (Re) 10,100, 200; Richardson sayısı (Ri) ise 0,01; 0,1; 1 ve 10 olarak değiştirilmiştir. Bu oyuk ve akış parametrelerinin akışkan akışı (akım fonksiyonu) ve ısı geçişi (izotermler) üzerine etkisi de incelenmiştir. Nusselt sayısının ısıtılan oyuk (yüzeyi) cidarı boyunca ortalama değeri hesaplanarak Richardson sayısı, Reynolds sayısı, incelik oranı ve kanal boyutları değişiminin kanaldaki ısı geçişine etkisi incelenmiştir. İki ve üç boyutlu çalışmalar sonucu elde edilen Nusselt sayıları için W/D, H/D, Re, Ri parametreleri cinsinden ayrı ayrı regresyon yapılmış ve korelasyonlar türetilmiştir.

Abstract:
In this study, heat transfer and fluid flow in a channel with an open cavity are numerically studied by using two and three-dimensional models of various cavity size and flow parameters. Front (or left) wall of the cavity is kept at constant temperature while adiabatic boundary condition applied on all unheated sides besides the top and the bottom faces of the channel. The working fluid that flows through the channel is air, and Prandtl number (Pr) is also assumed to be 0,71. In this numerical study, the numerical investigations are performed via FLUENT® code using the SIMPLE algorithm with Second Order Upwind Scheme adapted for the discretization of momentum and energy equations. The convergence criterion for continuity, momentum and energy equations was 10-6. The geometrical parameters used in this work are the cavity width to cavity height (W/D) ratio of 0,5; 1 and 2, and the channel height to cavity height ratio of 0,25; 0,5; 1 and 2. The flow parameters consists of Reynolds number (Re) of 10, 100, 200 and Richardson number (Ri) of 0,01; 0,1; 1 and 10. The effect of the cavity and flow parameters on the stream function and isotherms have also been observed. The mean Nusselt number is evaluated along the heated (surface) wall of the cavity and the effect of Richardson and Reynolds numbers, aspect ratio and relative duct dimensions on the heat transfer is investigated. Seperate regression analysis in terms of W/D, H/D, Re, Ri parameters have been performed and correlations derived for Nusselt numbers that were obtained from the 2D and 3D simulations.