Bükümlü delta kanatçık ile periyodik tam gelişmiş türbülanslı akış şartları altında ısı transferinin incelenmesi
The investigation of heat transfer under periodic fully developed turbulent flow conditions with bended delta winglet
Yazar: MEHMET AKİF TUNCA
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 kesitli kanal içerisine yerleştirilmiş bükümlü delta kanatçık tipi vorteks üreticilerinin [BWVG] türbülanslı akış ve ısı transferi açısından etkisi sayısal olarak incelenmiştir.
İş akışkanı olarak hava kullanılan kanal akışı için Re=5000-25000 aralığında sayısal çalışmalar yapılmıştır. Dikdörtgen kanalın alt yüzeyinde 600 W/m2'lik sabit ısı akısı sınır şartı uygulanmıştır. Dikdörtgen kanal içerisine yerleştirilen BWVG ile uzunlamasına vorteksler üretilerek ısı transferinin iyileştirilmesi hedeflenmiştir. CFD ve CFU olarak tanımlanan farklı akış konfigürasyonları ile periyod oranları [PR=Lp/Hp=1, 1.5 ve 2] parametre olarak seçilmiştir. Bu parametrelerin Darcy sürtünme faktörü [f], Nusselt sayısı ve Termal iyileştirme faktörü [TEF] üzerindeki etkileri farklı Re sayıları için sayısal olarak incelenmiştir.
BWVG'nin uzunluğu [Lt], yüksekliği [Ht], kalınlığı [t], hücüm açısı [α], büküm açısı [β] ve büküm yeri [b=Lt/3] sırası ile 21mm, 12mm, 0.3mm, 30°, 15° ve 7mm olarak seçilmiştir.
Kanal içerisindeki türbülanslı akış, zaman-ortalamalı Navier-Stokes (RANS) ve enerji denklemleri yakın duvar bölgesinde Menter-Lenchner metodu ile birlikte RNG k-ɛ türbülans modeli kullanılarak çözülmüştür. Sayısal çalışmalarda ANSYS Fluent 19.2 paket programı kullanılmıştır.
Re sayısının artmasıyla TEF ve Darcy sürtünme faktörünün [f] azaldığı, Nu sayısının ise arttığı gözlendi. CFU ve CFD için TEF'in maksimum değeri PR=1 ve Re=5000 de elde edilmiştir. CFD için maksimum TEF değeri 2.14 iken CFU için ise maksimum TEF değeri 2.09 olarak bulunmuştur.

Abstract:
In this study, the effect of the bended delta winglet type vortex generators, positioned in channel with rectangular cross-section, from the stand point of turbulent flow and heat transfer aspects were investigated numerically.
Numerical studies have been carried out for the duct flow using air as the working fluid in the range of Re=5000-25000. A constant heat flux boundary condition of 600 W/m2 was applied on the bottom surface of the rectangular duct. The enhancement of heat transfer was aimed by generating longitudinal vortices with the use of BWVG situated inside the rectangular channel. Different flow configurations defined as CFD and CFU as well as period ratios [PR= Lp/Hp=1, 1.5 and 2] were selected as parameters. The effects of these parameters on Darcy friction factor [f], Nusselt number and Thermal enhancement factor [TEF] were investigated numerically for different Re numbers.
The length [Lt], height [Ht], thickness [t], attack angle [α], bending angle [β] and bending location [b=Lt/3] of the BWVG was selected as 21mm, 12mm, 0.3mm, 30°, 15° and 7mm, respectively.
Turbulent flow and heat transfer analysis in rectangular duct were performed by applying the time-averaged Navier-Stokes (RANS) and energy equations with the RNG k-ɛ turbulence model as well as Menter-Lenchner method in the near-wall region. Numerical studies were carried out with ANSYS Fluent 19.2 package program.
It was observed that the TEF and Darcy friction factor [f] decreased with the increase in Re number, whereas the Nu number increased.