Newtonumsu-olmayan power-law akışkanla dolu kapalı ikizkenar yamuk (Trapezoid) bir ortamda laminer doğal taşınımın sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of laminar natural convection in trapezoidal enclosure filled with non-Newtonian power-law fluid
Yazar: MIR ELYAD VAKHSHOURI
Danışman: PROF. DR. BURHAN ÇUHADAROĞLU
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Son yıllarda; teknolojik uygulamalarda Newtonumsu olmayan akışkan (NNF) kullanımında artış olduğu gözlenmektedir. NNF'ler, Newtonumsu akışkanlara (NF) göre hidrodinamik ve ısıl özelliklerinin bazı üstünlükler göstermesi nedeniyle tercih edilmektedirler. Özellikle amortisörlerde sönümleyici akışkan olarak, savunma sanayinde zırh yapımında, ısıl sistemlerde yalıtkan olarak kullanılmaktadırlar. Bu çalışmada üstel indeksli NNF ile dolu olan iki boyutlu ikizkenar yamuk (trapezoid) kesitli kapalı bir bölgede doğal taşınım sayısal olarak incelenmiştir. Yoğunlaştırılmış fotovoltaik güneş hücrelerinde (CPV) verimi etkileyen aşırı ısınma probleminin önüne geçilmesi amacıyla NNF kullanımı yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmada da böyle bir hücrenin iki boyutlu sayısal modeli kurularak çeşitli parametrelerin tabandaki ısı transferi üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Göz önüne alınmış olan ikizkenar yamuk bölgenin taban kenarı sıcak, üst kenar soğuk iken yan duvarlar adyabatik olarak göz önüne alınmıştır. Yamuk yan duvar açısı 0^o  ≤  ≤ 〖20〗^o aralığında değiştirilerek, çeşitli üstel indeks değerlerinde ve Rayleigh sayısı değerlerinde tabanda ortaya çıkan ısı transferinin nasıl etkilendiği araştırılmıştır. Üstel indeks 0.6 ≤ n ≤ 1.8 aralığında; Rayleigh sayısı (Ra) 〖10〗^3≤Ra ≤ 〖10〗^5aralığında değiştirilirken, Prandtl sayısı Pr=1000 değerinde sabit tutulmuştur. Elde edilen bulgular göstermektedir ki; artan yamuk açısı ile birlikte ve azalan üstel indeks (n) ile birlikte yamuk tabanındaki ısı transferi de artmaktadır. Bu bulgudan yola çıkılarak, yeşil ve yenilenebilir enerji sistemlerinde önemli bir uygulama alanı olarak görülen CPV'lerde aşırı sıcaklık artışının önüne geçilerek verimlerinin artırılmasında üstel indeksli NNF kullanımının katkı sağlayabileceği söylenebilir.

Abstract:
There has been an increase in the technological application of non-Newtonian fluids (NNF) in recent years. NNFs are chosen over Newtonian fluids (NF) because of their superior hydrodynamic and thermal properties. It is particularly used as damping fluid in shock absorbers, the making of armours in defence industry and as insulator in thermal systems. This study applies a numerical analysis for the natural convection in a two dimensional trapezoidal (isosceles trapezoid) enclosure filled with power-law NNF. The use of NNF in Concentrated Photovoltaics (CPV) in order to prevent over-heating problem which affects the efficiency has become widespread. This study investigates the effects of various parameters on heat transfer over the bottom wall by developing a two dimensional model of such a cell. The bottom edge of the trapezoidal enclosure is considered as hot, top edge as cold while the side walls are considered as adiabatic. The study investigates how various changes in power-law index values and Rayleigh numbers affect the heat transfer on the bottom wall by altering the trapezoid side wall angles in the range of 0^o≤  ≤ 〖20〗^o. The power-law index values have been changed in the range of 0.6 ≤ n ≤ 1.8 and Rayleigh number (Ra) in the range of 〖10〗^3≤Ra ≤ 〖10〗^5 while Prandtl number has been kept as Pr=1000. The results indicate that the heat transfer rate in trapezoid bottom wall increases with an increase in trapezoid angle and decreasing power-law index (n). According to this evidence, it can be suggested that the use of power-law NNFs can contribute to increase efficiency by averting the over-heating problems in CPVs which have been regarded as a significant application field in green and renewable energy systems.