Altıgen kesitli kanalda hidrodinamik olarak tam gelişmiş, ısıl olarak gelişmekte olan akışın sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of hydrodynamically fully developed, thermally developing flow in hexagonal duct
Yazar: UMUT BARIŞ YILMAZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. OĞUZ TURGUT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada, altıgen kesitli kanal içinde hidrodinamik olarak tam gelişmiş, ısıl olarak gelişmekte olan türbülanslı akışın, sabit yüzey sıcaklığı ve kararlı rejim şartlarında sayısal analizi yapılmıştır. Çalışmada akışkan olarak hava (Pr=0,7) kullanılmış olup, analizler Reynolds sayısı 10000 < Re < 50000 için gerçekleştirilmiştir. Aynı kesite sahip ardışık iki kanaldan ilkinde akışkanın hidrodinamik olarak tam gelişmesi sağlanmış, ikinci kanalda ise kanala uygulanan sabit yüzey sıcaklığı ile havanın ısıl olarak gelişmesi sağlanmıştır. Çözümler, kanalın yatay simetri ekseniyle yapmış olduğu 90° (EBO ½ olan dikdörtgen), 75°, 60° (Eşkenar altıgen), 45° ve 30°'lik açılar için yapılmıştır. Türbülans modeli olarak Standard k-? modeli kullanılarak ısı transferi ve akışın üç boyutlu sayısal analizi yapılmıştır. Korunum denklemleri, sonlu hacimler metodu ile çözüm yapabilen ANSYS Fluent 12.1 paket programında SIMPLE algoritması kullanılarak çözdürülmüştür. Çalışma sonucunda ortalama yüzey sürtünme faktörü ve ortalama Nusselt sayısının Re sayısına göre değişimi incelenmiş, sonuçlar Nu=aReb ve f=cRed biçiminde ampirik bağıntılar ile ifade edilmiştir. Elde edilen sonuçlar literatür ile karşılaştırılmış ve uyumlu olduğu gösterilmiştir. Neticede, eşkenar altıgen kanalın Nusselt sayısının en yüksek olduğu görülmüştür. Ayrıca literatürde dairesel kanallar için verilen bazı formüllerin %5'lik bir fark olacağı göz önünde bulundurularak aynı hidrolik çapa sahip altıgen kesitli kanallar için de kullanılacağı gösterilmiştir.Anahtar Kelimeler : türbülanslı akış, altıgen kesitli kanal, dikdörtgen kesitlikanal, hidrodinamik olarak tam gelişmiş akış, ısıl olarak gelişmekte olan akış, fluent, ısı transferi

Abstract:
In this study, hydrodynamically fully developed, thermally developing turbulent flow in hexagonal duct was numerically investigated under constant wall temperature and steady flow conditions. Air (Pr=0.7) is used as the working fluid and the study was carried out in the Reynolds number range of 10000 < Re < 50000. Hydrodynamically fully developed flow obtained in the first of two consecutive channels with the same cross-section and thermally developing flow were investigated in the second channel under constant wall temperature. Solutions were made for different lateral angle such as 90° (rectangular with aspect ratio ½), 75°, 60° (honeycomb hexagonal), 45° and 30°. Heat transfer and three-dimensional numerical analysis was carried out with standard k-? model. Three dimensional continuity, momentum and energy equations are numerically solved via Ansys Fluent 12.1 software using finite volume method and Simple algorithm. At the result of the study, average Nusselt number (Nu) and Darcy friction factor (f) are presented in term of Reynolds number (Re) in form of empirical Nu=aReb and f=cRed equations. The results were compared with the literature and shown compatible. As a result, it was shown that the Nusselt number is the highest in the equilateral hexagonal ducts. In addition, some of the formulas given in the literatur for circular channel can be used for hexagonal cross section ducts with the same hydraulic diameter considering a difference of 5%.Key Words : Turbulent flow, hexagonal cross-section duct, rectangular crosssection duct, hydrodynamically fully developed flow, thermally developing flow, fluent, heat transfer