Düzlem yüzey ısı alıcılarda tekli ve çoklu hava jetinin ısı ve akış karakteristiklerine etkisinin sayısal analizi
Numerical analysis of the effect of single and cascade air jets on heat and flow characteristics in plane surface heat sinks
Yazar: Özakın, Ahmet Numan; Kabakuş, Abdüssamed
Dergi: Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, Vol. 12 No. 3, 2021
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Çarpan jet,Çoklu nozul,Hesaplamalı akışkanlar dinamiği,Isı transferi ; Impinging jet,Cascade nozzle,Computational fluid dynamics,Heat transfer

Bu çalışmada, düzlem yüzey ısı alıcı üzerinden tekli ve çoklu hava jeti ile gerçekleşen ısı transfer performansı Ansys-Fluent programı ile sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal çalışma zamandan bağımsız k-ε türbülans modeli kullanılarak gerçekleştirilmiştir. On farklı Reynolds sayısı (4000≤Re≤40000), ve tekli ve çoklu nozul sayılarının düzlem ısı alıcıda ısı transferine etkileri irdelenmiştir. Analizler 40 mm nozul ısı alıcı arası mesafede gerçekleştirilmiştir. Hava ise belirlenen Reynolds sayılarına karşılık gelen hızlarda 293.15 K sıcaklığında kontrol hacmine gönderilmiştir. Çalışmada ısı alıcı üzerinde gerçekleşen sıcaklık dağılımını gösteren sıcaklık konturları ve ısı alıcı yüzeyinde türbülans oluşumunun gözlemlendiği akım çizgi görüntüleri sunulmuştur. Sonuç olarak, her iki nozul çeşidinde de Reynolds sayısı arttıkça soğutma performansı artmıştır. Yaklaşık 38000 Reynolds sayısı değerine kadar tekli nozul çoklu nozula göre daha iyi bir soğutma performansı gösterirken, 38000 Reynols sayısından sonra çoklu nozul ile daha iyi ısı transferi elde edildiği belirlenmiştir. Nusselt sayısı, en düşük Reynolds sayısında tekli nozulda çoklu nozula göre %60, en yüksek Reynolds sayısında ise çoklu nozulda tekli nozula göre %15 artış göstermiştir. Elde edilen sayısal sonuçların literatürde ayrı ayrı bulunan tekli ve çoklu hava jeti ile yapılan deneysel çalışmalarla uyumlu olduğu gözlenmiştir.

In this study, heat transfer performance with single and cascade air jets over the plane surface heat sink was numerically investigated with Ansys-Fluent software. Numerical analyses was carried out using the time-independent k-ε turbulence model. The effects of ten different Reynolds numbers (4000≤Re≤40000) and single and cascade nozzle numbers on the heat transfer were investigated. Analyzes were carried out at a distance of 40 mm between the nozzle and the heat sink. The air, on the other hand, was sent to the control volume at a temperature of 293.15 K at velocities corresponding to the determined Reynolds numbers. In the study, temperature contours showing the temperature distribution on the heat sink and streamline images in which turbulence formation is observed on the heat sink surface are presented. As a result, cooling performance increased with increasing Reynolds number in both nozzle types. It was determined that while the single nozzle showed a better cooling performance than the cascade nozzle up to approximately 38000 Reynolds number, better heat transfer was obtained with the cascade nozzle after 38000 Reynolds number. The Nusselt number showed an increase of 60% at the lowest Reynolds number in the single nozzle compared to the cascade nozzle, and 15% in the cascade nozzle at the highest Reynolds number compared to the single nozzle. It has been observed that the numerical results obtained are compatible with the experimental studies conducted with single and cascade air jets separately in the literature.