Bir tarafından ısıtılan gözenekli dirençli bir kanalda doğal taşınım
Natural convection in a porous resistance channel heated from one side
Yazar: ÖNDER KAVALCI
Danışman: PROF. DR. İRFAN KURTBAŞ
Hitit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Taşınım ile ısı transferi doğal ve zorlanmış taşınım olarak ikiye ayrılır. Doğal taşınım mekanizması herhangi bir dış etki olmaksızın yalnızca sıcaklık farkının etkisi ile akışkan hareketine bağlı olarak meydana gelmektedir. Doğal taşınımın günlük hayatta farklı birçok şekli ile karşılaşılırken mühendislik uygulamalarında da geniş bir alanda incelenmekte ve iyileştirilmesi üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada bir yüzeyinden ısıtılan ve diğer yüzeyleri yalıtılmış dikdörtgen kesitli dik bir kanal içerisine yerleştirilen üçgen ve yamuk geometrili açık gözenekli metal malzemelerin doğal taşınım ile ısı transferine etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Çalışma akışkanı olarak hava seçilmiştir. Çalışma laminer akış şartlarında ve Rayleigh sayısının 1x105 ile 2x108 değerleri arasında gerçekleştirilmiştir. Ayrıca ısıtma yüzeyi üzerine 10, 20 ve 30 ppi (pores per inch) değerine sahip açık gözenekli metal köpükler yapıştırılmıştır. Çalışmada geometrik parametreler, kanal geometrisi sabit tutulmuş ısıtma yüzeyine yerleştirilen metal köpüklerin yüksekliği 10; 15 ve 20 mm, görünüş oranı 0; 0,33 ve 0,66 olacak şekilde belirlenmiştir. Isıtma yüzeyinde sabit ısı akısı uygulanmış ısı akısının farklı değerlerinde deneyler gerçekleştirilmiştir. Sıcaklık ölçümleri kalibre edilmiş termal kamera ve ısıl çiftler yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Hız ölçümleri için ise PIV (Particle Image Velocimetry) tekniği kullanılmıştır. Deney sayısını kısıtlamak ve zamandan tasarruf yapılması için Design-Expert ticari programından yararlanılmıştır. Elde edilen bulgulara göre görünüş oranı a/b ve Rayleigh sayısı arttıkça ısı transferinin arttığı gözenek yoğunluğu arttıkça ısı transferinin azaldığı belirlenmiştir.

Abstract:
Heat transfer with convection is divided into two as natural and forced convection. Natural convection takes place with the effect of temperature difference and depending on fluid motion without an any external influence. While it has been encountered by many different forms of natural convection, studies have been conducted upon engineering applications and his improvement in a wide area. In this study, the effect of heat transfer with natural convection of metal materials with open-pore triangle and trapezoid geometry which are placed on a rectangular vertical channel  which is heated from one side and the other sides are isolated, has been empirically analyzed. Air has been chosen as a working fluid. The study has been taken place in the laminar fluid conditions and between the values of 1×105 and 2×108 of the Rayleigh number. Also, open-pore metal foams having the values of 10, 20 and 30 ppi (pores per inch) have been glued on the heating surface. In the study, geometric parameters, the height of metal foams placed on heating surface which is kept fixed channel geometry has been determined as 10; 25 and 20 mm and the aspect ratio has been 0; 0,33 and 0,66. Constant heat flux has been applied on the heating surface and conducted experiments on different values of heat flux. Temperature measurements have been carried out with the help of thermal camera and thermocouples which are calibrated. PIV (Particle Image Velocimetry) technique has been used for the speed measurement. To limit the number of experiment and save time, Design-Expert commercial programme has been used. According to the findings, when aspect ratio a/b and the number of Rayleigh will be increase and heat transfer increases, pore density will be increase and heat transfer will be decrease.