Bir yüzey üzerinde farklı kanat dizilişleri için ısı transferinin deneysel incelenmesi
Investigation of heat transfer over a surface with different fins arrangements
Yazar: ERTAN UZUN
Danışman: PROF. DR. KADİR BİLEN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alüminyum = Aluminum ; Isı enerjisi = Heat energy ; Isı transferi =   ; Kanatlı yüzeyler = Finned surfaces

Özet:
Amaç: Bu çalışmada ısı transfer performansını iyileştirmek için, bir yüzey üzerine farklı kanat dizilişleri için ısı transferinin deneysel incelenmesi amaçlanmıştır. Kanatların arasındaki mesafe, kanatların dizilişleri ve kanat üstü boşluk mesafesinin ısı transfer performansı üzerine etkileri deneysel incelenerek en iyi ısıl performansın araştırılması amaçlanmıştır.
Yöntem: Bu çalışmada 46x20cm bir yüzey üzerinde 2x4,5x5 cm boyutlarında köpük kanatlar (40 PPI) akım yönü ve eni yönünde 4 er sıra ve toplamda 16 kanat kullanarak incelenmiştir. Deneylerde kanat yüksekliği sabit olmak üzere değişik kanal üstü boşluk mesafelerinde ((C/H=0, 0,5 ve 1), akım yönü kanat aralığı mesafesi (Sx=85, 95 ve 105 mm) ve Reynolds sayısı aralığı (Re=6 000-30 000) için düz sıralı ve şaşırtılmış kanat dizilişleri için ısı transfer ve performans analizleri yapılmaktadır.
Bulgular: Deneysel çalışmanın sonucunda köpük kanatların yüzey alanını arttırması nedeniyle ısı transferinde artma olmuş aynı zamanda hava geçirgenliklerinden dolayı basınç değişimleri içi dolu kanat yapılarına göre biraz daha az olmuştur. Kanat üstü boşluk mesafesinin artması sonucunda kanaldan geçen hava kütlesi artmış ve buna bağlı ısı transferi de artmıştır. Ayrıca akış yönünde incelenen kanat aralığı mesafeleri için ısı transferi ve performans analizleri aralarında çok az fark olacak şekilde birbirlerine yakın olmuştur.
Sonuç: Bu çalışmada boş kanala göre en büyük Nu sayısı oranı kanat üstü boşluk mesafesi C/H=1 ve kanat aralığı Sx=85 mm için elde edilmiştir ve en düşük Reynolds sayısında (Re=6 000) için %280 ve en büyük Reynolds sayısında (Re=30 000) %240 de oranı elde edilmiştir. Ayrıca ısıl performans en düşük Reynolds sayısından (PEC) en iyi olmuştur. Isıl performans artan Reynolds sayısı ile tüm durumlarda azalış göstermiştir.

Abstract:
Objective: In this study, it is aimed to experimentally investigate the heat transfer for different fin arrays on a surface in order to improve the heat transfer performance. The distance between the fins, the arrangement of the fins and the effects of the heat transfer performance of the fin-top spaces were studied experimentally and it was aimed to observe the best performance situation.
Method: In the study, aluminum foam fins of 2x4.5x5 cm dimensions were used on a 46x20cm surface, 4 rows both in the direction of flow and width, and a total of 16 blades were used. In the experiments, the fins height was fixed, the gap distance above the fins (C/H=0, 0.5 and 1), the fin spacing in the flow direction (Sx=85, 95 and 105 mm) and the Reynolds number range (Re=6 000-30 000) heat transfer and performance analyzes are performed for in-line and staggered fin arrangement.
Results: As a result of the experimental study, there was an increase in heat transfer due to the increase in the surface area of the foam fins, and at the same time, pressure changes were slightly less than the solid fins due to air permeability. As a result of the increase in the gap distance above the fins the air mass passing through the duct increased and the heat transfer increased accordingly. In addition, the heat transfer and performance analyze for the fin spacing in the flow direction were close to each other with little difference between them.
Conclusion: In the study, for the gap distance above the fin C/H=1 and the fin spacing in the flow direction Sx=85 mm, the highest Nu number was obtained as 280% against the empty channel for the lowest Reynolds number (Re=6 000), and obtained 240% for the highest Reynolds number (Re=30 000). In addition, the thermal performance (PEC) decreased with the Reynolds number in all cases.