Engelli-oluklu dikdörtgen kesitli bir kanal içerisindeki türbülanslı akışın sayısal olarak incelenmesi
Investigation of numerical study of turbulent flow in a rectangular duct with ribbed-grooved
Yazar: SÜLEYMAN KAHRAMAN
Danışman: PROF. DR. NEVZAT ONUR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu sayısal çalışmada, dikdörtgen bir kanal içerisindeki engelli-oluklu türbülatörlerin türbülanslı zorlanmış konveksiyon ısı transferinde, akış ve ısı transferi karakteristikleri, sabit ısı akısı sınır şartı için sayısal olarak incelenmiştir. Akışkan olarak hava (Pr = 0,7) kullanılmıştır. Akış ve sıcaklık alanları ANSYS 12.0 FLUENT paket programı yardımıyla sayısal olarak çözülmüştür. Sayısal çalışma Reynolds sayısının 3 000 ? Re ? 10 000 aralığında gerçekleştirilmiştir. Türbülans modeli olarak SST k-w türbülans modeli kullanılmıştır. Çözülen temel korunum denklemleri türbülanslı akışta, üç boyutlu, Newtonsel, sıkıştırılamaz, kararlı rejim ve sabit akışkan özellikleri için süreklilik, momentum ve enerji denklemleridir. Akışkan kanala üniform hız ve çevre sıcaklığında girmektedir. Kanalın türbülatörlerin bulunduğu alt yüzeyinden sabit ısı akısı uygulanmaktadır. Kanalın diğer yan ve üst yüzeyleri için yalıtılmış sınır şartı kullanılmıştır. Kanal duvarlarında kaymanın olmadığı kabul edilmiştir. Akışkan kanaldan çevre ortama çıkmaktadır. Engel-oluk dizilimlerinin, Nusselt sayısına ve sürtünme faktörüne etkileri ele alınmış ve aynı başlangıç koşulları altındaki düzgün kanal sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu sayısal çalışma sonucunda elde edilen değerler, boyutsuz Nusselt sayısının, sürtünme faktörünün (f) ve ısıl performansın (?), Reynolds sayısı (Re) ve engel adımı (P) ile değişimi şeklinde ifade edilmiştir. En uygun türbülatör geometrisi belirlenmeye çalışılmıştır. Düzgün kanal da ısı transferi ve sürtünme faktörü değerleri için bağıntılar önerilmiştir.

Abstract:
In this numerical study, on the turbulent forced convection heat transfer of rib-groove turbulators in a rectangular duct under a uniform heat flux boundary condition the flow and heat transfer characteristics is analyzed. Air (Pr = 0,7) has been used as fluid. Flow and heat areas are numerically solved via help of ANSYS 12.0 FLUENT packet program. Numerical study has been performed with Reynolds number in the range of 3 000 to 10 000. SST k-w turbulent model has been used as turbulent model. The basic conservation equations have been solved are the continuity, momentum and energy equations on the turbulent flow for three dimensional, Newtonian, incompressible, steady state and constant fluid properties. The fluid enters the duct with the uniform velocity and the environment temperature. Uniform heat flux has been applied from the subsurface where the duct?s turbulators are placed. Isolated boundary condition has been applied for the side and upper surfaces of the duct. That has been adopted there is no slip at side walls of the duct. Fluid passes through the duct and reaches the environment. Influences of rib-groove arrangements on the Nusselt number and friction factor have been discussed and compared with smooth duct results under similar origin conditions. Correlations for heat transfer and the friction factor values have been suggested for smooth duct. Finally the obtained results of this study have been described as change of the Nusselt number (Nu), the friction factor (f) and thermal enhancement factor (?) with the Reynolds number (Re) and the groove pitch (P). The most appropriate turbulator geometry has been determined.