Dikdörtgen kesitli kanallarda bükümlü delta kanat ile ısı transferinin iyileştirilmesi
Heat transfer enhancement wi̇th bended delta wi̇ng i̇n rectangular ducts
Yazar: ARİF EMRE GÖKBEL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ATİLA ABİR İĞCİ
Yozgat Bozok Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, dikdörtgen bir kanala farklı adım oranlarında (PR) yerleştirilen bükümlü delta kanat tipi vorteks üreticilerinin ısı transferi ve akış parametreleri açısından etkileri sayısal olarak incelenmiştir. Bükümlü delta kanat kullanımı ile kanalda oluşan vortekslerin akışkanın ısıtılan kanal yüzeyi ile daha fazla temas etmesini sağlayarak ısı transferini arttırmıştır.
İş akışkanı olarak hava kullanılmıştır. ANSYS Fluent 19.2 CFD kodu kullanılarak periyodik sınır şartları altında Re=5000-25000 aralığında sayısal çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Kanalın alt yüzeyinde 600 W/m2'lik sabit ısı akısı uygulanmıştır. Türbülanslı akışın analizi için zaman ortalamalı "Navier-Stokes" ve enerji denklemleri kullanılmıştır. Türbülans modeli olarak "RNG k-ɛ" ve yakın duvar çözümleri için "Menter-Lechner" metodu uygulanmıştır.
CFU ve CFD konfigürasyonları için Re sayılarına bağlı olarak üç farklı PR [PR=Lp/Hp=1, 1.5, 2]'de Bükümlü delta kanadın parametrik çalışmaları sayısal olarak yapılmıştır. Bükümlü delta kanadın uzunluğu [Lt=21 mm], yüksekliği [Ht=13,5 mm], kalınlığı [t=0.3 mm], hücum açısı [β=45°], bükme açısı [α=165°] ve büküm yeri [b=Lt/3=7mm] değerleri sabit alınmıştır. Sayısal çalışmaların sonuçlarına göre Re sayısının artmasıyla Nu sayısının arttığı, Darcy sürtünme faktörünün [f] azaldığı tespit edilmiştir. En yüksek ısıl iyileştirme faktörü (TEF) en düşük Re sayısında elde edilmiştir.
En yüksek TEF değerleri CFD konfigürasyonu altında elde edilmiştir. Hem CFD hem de CFU konfigürasyonları için en yüksek TEF değerinin elde edildiği parametreler PR=1 ve Re=5000 olarak belirlenmiştir. CFD ve CFU konfigürasyonları için en yüksek TEF değerleri sırasıyla 2.28 ve 1,79 olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
In this study, the effects of bended delta wing type vortex generators, placed in a rectangular channel at different period ratios (PR), on heat transfer and flow parameters were numerically investigated. Using bended delta wing, vortices produced in the channel provided the fluid to be in contact more with the channel surface and thus increasing the heat transfer.
Air was used as the working fluid in the channel. Numerical studies were carried out in the range of Re=5000-25000 under periodic boundary conditions by using ANSYS Fluent 19.2 CFD code. A constant heat flux of 600 W/m2 was applied on the bottom surface of the channel. Time-average "Navier-Stokes" and energy equations were used for the analysis of turbulent flow. "RNG k-ɛ" was used as the turbulence model and "Menter-Lechner" method was applied for near wall treatment.
Parametric studies of bended delta wing at three different PR [PR=Lp/Hp=1, 1.5, 2] for CFU and CFD configurations depending on the Re numbers, were performed numerically. Bended delta wing's length [Lt=21 mm], height [Ht=13.5 mm], thickness [t=0.3 mm], attack angle [β=45°], bend angle [α=165°] and bending location [b=Lt/3=7mm] values were kept constant. Based on the results of the numerical studies, with an increase in Re number, Nu number was determined to be increased while the Darcy friction factor [f] decreased. The highest thermal enhancement factor (TEF) was also obtained at the lowest Re number.
The highest TEF values were obtained for the CFD configuration. For both CFD and CFU configurations, the parameters, where the highest TEF value was obtained, were determined as PR=1 and Re=5000. The highest TEF values for CFD and CFU configurations were calculated as 2.28 and 1.79, respectively.