Newtonumsu-olmayan akışkanlarla dolu kapalı ortamlarda laminer doğal taşınımın incelenmesi
Investigation of laminar natural convection of non-Newtonian fluids in an enclosure
Yazar: OSMAN TURAN
Danışman: PROF. DR. BURHAN ÇUHADAROĞLU ; PROF. DR. Nilanjan CHAKRABORTY
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Doğal taşınım = Natural convection ; Isı transferi =  ; Laminer akış = Laminar flow

Özet:
Bu çalışmada, Bingham ve power-law akışkan türü Newtonumsu-olmayan akışkanlar ile dolu, komşu düşey duvarları farklı sabit sıcaklıklarda tutulan dikdörtgensel kapalı ortamlarda iki boyutlu laminer doğal taşınım sürekli rejim durumu için teorik ve sayısal olarak incelenmiştir. Bingham akışkanlar için, Ra Rayleigh sayısının 103-106, Pr Prandtl sayısının 0.1-100 ve AR boyut oranının 1/8-8 aralığında, akma gerilmesinin ısı ve momentum transferi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Power-law akışkan durumunda, Pr =10-105,    Ra = 103-106 ve AR = 1/8-8 için, akışkan davranış indeksi etkileri,0.6 ? n ? 1.8 aralığında, araştırılmıştır. Her bir akışkan durumu için; kapalı ortam boyut oranının, Rayleigh sayısının, Prandtl sayısının, Bingham sayısının ve akışkan davranış indeksinin Nusselt sayısı üzerindeki bağıl etkilerini ortaya koymak amacı ile detaylı skala analizleri yapılmıştır. Ayrıca, Newtonumsu akışkan, Bingham akışkan ve power-law akışkan durumlarında, ortalama Nusselt sayısı için çeşitli korelasyon fonksiyonları önerilmiştir. Son olarak, Newtonumsu-olmayan akışkan ile dolu dikdörtgensel kapalı ortam içerisinde doğal taşınım olayının, mühendislik uygulamalarındaki yerini ve önemini göstermek amacıyla, yoğunlaştırılmış fotovoltaik (CPV) sistemlerin ısıl kontrolü ile ilgili bir uygulama örneği ele alınmıştır.

Abstract:
In this study, two-dimensional steady-state laminar natural convection in rectangular enclosures with differentially heated sidewalls has been studied numerically and theoretically where the enclosure is considered to be completely filled with non-Newtonian fluids obeying the Bingham and power-law models. Yield stress effects on heat and momentum transport are investigated for nominal values of Rayleigh number (Ra) in the range 103-106, Prandtl number (Pr) in the range of 0.1-100 and aspect ratio range 1/8 to 8 for Bingham fluid. The effects of power-law index   in the range 0.6 ? n ? 1.8 on heat and momentum transport are also investigated for nominal values of Prandtl number (Pr) range of 10-105, Rayleigh number (Ra) in the range 103-106 and aspect ratio range 1/8 to 8 in the case of power-law fluids. Scaling analysis are performed to elucidate the anticipated effects of aspect ratio, Rayleigh number, Prandtl number, Bingham number and power-law index on the Nusselt number for both Bingham and power-law fluids. New correlations are proposed for the mean Nusselt number   for Newtonian, Bingham and power-law fluids. Finally, an application study on thermal control of concentred photovoltaic (CPV) systems has been established to indicate the importance of natural convection of non-Newtonian fluids in rectangular enclosures in term of the engineering practises.