Üç boyutlu dikdörtgensel kutularda pim kullanımı ve doğal taşınım ile ısı geçişinin artırılması.
Laminar natural convection heat transfer and air flow in three-dimensional rectangular enclosures with pin arrays attached to the hot wall
Yazar: ZERRİN BÖCÜ
Danışman: PROF. DR. ZEKERİYA ALTAÇ
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Doğal taşınım = Natural convection ; Kapalı ortam = Indoor ; Laminer akış = Laminar flow

Özet:
Doğal taşınım ile ısı iletimi çoğu ısıl sistemde görülür. En ucuz alternatif olduğu için, ısı yayılımında, doğal taşınımdan sıkça faydalanılır. Doğal taşınım ile ısı transferinin ön önemli uygulamaları, elektronik ve telekomünikasyon ürünlerinde kullanılan yalıtılmış donanım kabinleridir. Bu tür uygulamalarda, hava dolu kapalı ortamların, doğal taşınım ısı transfer karakteristiklerini belirlemek büyük önem taşır. Bu çalışmada, üç boyutlu kapalı dikdörtgensel sistemlerin laminer doğal taşınım ile ısı transferi sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmada; kare prizma (H/L=2) ve kübik (H/L=1) olarak iki dikdörtgensel kapalı ortam ele alınmıştır. Kapalı ortam, bir yan duvardan ısıtılır ve karşı yan duvardan soğutulurken diğer duvarlar tamamen yalıtılmış durumda ele alınmıştır. Sıcak ve soğuk duvarlar izotermal ve sabit sıcaklıkta tutulmuştur. Sıcak duvar yüzeyine, kapalı ortamın iç kısmından, farklı dizilimlerde silindirik pimler yerleştirilmiştir (hizalı-sıralı, çapraz). Üç boyutlu sürekli rejimde, süreklilik, Navier ? Stokes denklemleri ve Boussinesq yaklaşımının kullanıldığı enerji denklemi FLUENT ® yazılımı ile çözülmüştür. Denklemler, SIMPLE algoritması kullanılarak sonlu hacim metodu (FVM) ile çözülüştür. Denklemlerin yakınsama kriteri 10-5 seçilmiştir. Çalışmada ele alınan boyutuz pim çapları ve boyları ise sırasıyla d/H=0.025, 0.050 ve 0.1, ve b/H=0.1, 0.2 ve 0.3 şeklindedir. 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ve 10 numaralı pimler, çapraz ve hizalı-sıralı olarak (yatay, dikey) yapılandırılmıştır. Rayleigh sayısı değişimi (105 - 107), pin uzunluğu, pim çapı ve pim sayısının, hava akış düzenine ve ısıl bölgelere etkisi incelenmiştir. Ayrıca her durum için, ortalama Nusselt sayısı, soğuk duvara göre hesaplanmış ve analiz edilmiştir.

Abstract:
Natural convection heat transfer is present in most thermal apparatus. It is benefited from this phenomena in heat dissipation since it is the cheapest alternative. A major application of natural convection heat dissipation is in seal equipment cabinets in electronics and telecommunication products. In such applications, the determination of natural convection heat transfer characteristics from air-filled enclosures is essential. In this study, laminar natural convection heat transfer in three dimensional rectangular enclosures is studied numerically. Two rectangular enclosures are considered: tetragonal (H/L=2) and cubic (H/L=1) enclosures. The enclosure is heated from a lateral wall and is cooled from the opposite lateral wall while other walls of the enclosure are perfectly insulated. The hot and the cold walls are isothermal; that is, the walls are maintained at constant temperatures. A number of cylindrical pins (pin arrays) are attached to the hot wall in various arrangements (in-line, staggered) from inside of the enclosure. Three-dimensional steady-state continuity, Navier-Stokes and energy equations along with the Boussinesq approximation are solved using FLUENT® code. Pertinent equations are solved using the Finite Volume Method (FVM) with SIMPLE algorithm. The convergence criterion for the pertinent equations was chosen as 10-5. The dimensionless pin diameters and the lengths considered in this study are d/H=0.025, 0.050 ve 0.1, and b/H=0.1, 0.2 and 0.3, respectively. The number of pins of 2, 4, 5, 6, 8, 9 and 10 are arranged in staggered and in-line (horizontal and vertical) configurations. The air flow pattern and the temperature fields are obtained for Rayleigh numbers ranging from 105 to 107, pin length, pin diameter, the number of pins of the pin array. Also for each case, the mean Nusselt numbers over the cold surface are computed and analyzed.