Çoklu çarpan hava jet soğutmanın deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of cooling with multiple air jet impigement
Yazar: AYŞE YEŞİLYURT
Danışman: PROF. DR. KENAN YAKUT
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Çarpan hava jetleri soğutmanın ihtiyaç duyulduğu gaz türbin kanatlarının soğutulması, cam temperlemesi, metallerin ısıl işlemleri, kumaş, kağıt, kereste vb. malzemelerin kurutulması gibi birçok endüstriyel uygulamada kullanılmaktadır. Çarpan jetle soğutmada diğer soğutma yöntemlerine göre daha az akışkan debisi kullanılarak daha yüksek ısı transferi elde edilebilmektedir. Isı transferi yüzey alanı küçükken tekli çarpan jet nozulları yeterli soğutma performansı göstermektedir. Isı transferi yüzey alanı büyüdükçe istenilen soğutma kapasitesinin elde edilebilmesi için çoklu çarpan jetin kullanımı gerekmektedir. Çoklu nozul uygulamalarında girişim bölgelerindeki türbülans çalkantıları artar ve ısı alıcı üzerindeki akım yapısı daha kompleks bir hal alır. Bu yüzden soğutma yükü tespitinde deneysel çalışma yapılması gerekmektedir. 
Bu tez çalışmasında daha önce Taguchi yöntemiyle optimize edilmiş dikdörtgen kanatçıklı ısı alıcısının, çoklu çarpan jetle ısı transferi karakteristiklerinin deneysel ve sayısal analizi yapılmıştır. Sayısal çözümlemeler, ANSYS Fluent yazılımında gerçekleştirilmiştir. h/d=2-4-6 ısı alıcı nozul arası mesafe ve d=13-16-22 mm nozul çapları için farklı hızlarda deneysel çalışma yürütülmüştür. Artan Reynolds sayısı ile Nusselt sayısının arttığı dolayısıyla ısı transferinin iyileştiği görülmüştür. Deneysel çalışma sonucu elde edilen verilerle Nu-Re korelasyonu elde edilmiştir. Sonuçlar analiz edildiğinde, sayısal ve deneysel sonuçların özellikle düşük Reynolds sayılarında iyi bir uyum içerisinde olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
Impingement jets are used cooling of gas turbine blades where cooling is needed, glass tempering, heat treatment of metals, drying of fabrics, paper, timber etc. in many industrial applications. In impingement jet jet cooling, higher heat transfer is obtained by using less fluid flow compared to other cooling methods. While single-impingement jet nozzles can provide sufficient cooling performance when the heating surface area is small, the use of impingement jet is required to achieve the desired cooling capacity as the heating area grows. In multiple nozzle applications, turbulence fluctuations in the interference zones increase and the fluent structure on the heat sink becomes more complex. Therefore, an experimental study is needed to determine the cooling load.
In this thesis, impingement jet heat transfer characteristics in rectangular fin heat exchanger optimized by Taguchi method were analyzed by using experimental and Computational Fluid Dynamics (CFD) package program ANSYS Fluent. Experimental study was carried out at different velocities for h/d = 2-4-6 distance between heat sink nozzle, d = 13-16-22 mm nozzle diameters. It was observed that the Reynolds number increased while the Nusselt number increased and therefore the heat transfer improved.. Results are expressed by Nu-Re correlations. When the results were analyzed, it was observed that numerical and experimental results were in a good agreement especially in low Reynolds numbers.