Sinüzoidal dalgalı bir kanalda akış ve ısı transferi üzerinde dalga genliğinin ve dairesel engellerin etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of wave amplitude and circular obstacles on flow and heat transfer in a sinusoidal wave channel
Yazar: Çelik, Elif; Akcay, Selma
Dergi: Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, Vol. 15 No. 1, 2024
Anahtar kelimeler: Computational Methods in Fluid Flow, Heat and Mass Transfer (Incl. Computational Fluid Dynamics) ; Akışkan Akışı, Isı ve Kütle Transferinde Hesaplamalı Yöntemler (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Dahil) ; Dalga genliği,Dairesel engeller,Isı transfer iyileşmesi,Sinüzoidal dalgalı kanal ; Wave amplitude,Circular obstacles,Heat transfer improvement,Sinusoidal wavy channel

Bu çalışma, sinüzoidal dalgalı bir kanalda dalga genliğinin ve kanal içerisine eklenen dairesel engellerin akış ve ısı transferini sayısal olarak incelemektedir. Çözümler, ANSYS Fluent çözücü ile analiz edilmiştir. Çalışmada, kanalın dalga genliğinin (s), dairesel engellerin çapının (d) ve kanalın giriş hızının etkileri araştırılmıştır. Analizler, ilk önce dairesel engellerin olmadığı (d=0) kanalın üç farklı dalga genliği için (s: 20mm, 30mm ve 40mm) gerçekleştirilmiş, daha sonra dalga genliği sabit tutularak (s=40mm) kanal merkezine yerleştirilen dört adet dairesel engellerin farklı çapları (d: 4mm, 6mm, 8mm) için incelenmiştir. Dalgalı kanalın yüzeyleri, Ts=350 K sıcaklığında korunmaktadır. Çözümler, 3000≤Re≤8000 aralığındaki Reynolds sayıları için uygulanmıştır. Çalışma sonucunda, Nusselt sayısı (Nu), ısı transferi iyileşme oranı (ER), basınç düşüşü (𝛥P), sürtünme faktörü (f) ve performans faktörü (PF) hesaplanmıştır. Sonuç olarak tüm kanallarda Reynolds sayısının artması ile ısı transferi iyileşmiştir. Kanalın dalga genliğinin artması ile Nu artmıştır. İçerisinde dairesel engellerin olmadığı (d=0) kanalda, s=40mm dalga genliğinde ısı transferi, düz kanal göre 1.47 kat iyileşmiştir. Sabit bir dalga genliğinde (s=40mm) içerisinde engellerin olduğu kanalda, dairesel engellerin çaplarının artması ile Nusselt sayısı artmıştır. En yüksek engel çapında (d=8mm) ısı transferinin düz kanala göre 1.82 kat iyileştiği tespit edilmiştir. İçerisinde engellerin olmadığı (d=0) kanallarda, en yüksek PF, s=40mm ve Re=4000’de PF=1.10 olarak elde edilmiştir. Dairesel engellerin varlığında, en yüksek PF, Re=8000 ve d=4mm durumunda PF=1.08 olarak bulunmuştur. Bu çalışmada, iki farklı pasif yöntemin birlikte kullanılması ile akış ve ısı transferi davranışı incelenmiş ve sonuçların kanal tasarımcılarına bir kılavuz olması amaçlanmıştır.

This study numerically investigates the flow and heat transfer of the wave amplitude and the circular obstacles added into the channel in a sinusoidal wave channel. The solutions are analyzed with ANSYS Fluent solver. In the study, the effects of the wave amplitude (s) of the channel, the diameter of the circular obstacles (d) and the inlet velocity of the channel are investigated. The analyses are first carried out for three different wave amplitudes (s: 20 mm, 30 mm and 40 mm) of the channel without circular obstacles (d=0), then the wave amplitude is kept constant (s=40 mm) and the four circular obstacles placed at the center of the channel with different diameters (d: 4 mm, 6 mm, 8 mm) are investigated. The surfaces of the wavy channel are maintained at the temperature Ts=350 K. The solutions are applied for Reynolds numbers in the range of 3000≤Re≤8000. As a result of the study, Nusselt number (Nu), heat transfer improvement rate (ER), pressure drop (𝛥P), friction factor (f) and performance factor (PF) were calculated. As a result, heat transfer improved with the increase in Reynolds number in all channels. Increasing the wave amplitude of the channel increased the Nu. In the channel without circular obstacles (d=0), heat transfer at s=40mm wave amplitude was improved by 1.47 times compared to the straight channel. In the channel with obstacles at a constant wave amplitude (s=40mm), Nusselt number increased with the increase in the diameters of the circular obstacles. It was determined that heat transfer at the highest obstacle diameter (d=8mm) improved by 1.82 times compared to the straight channel. In channels without obstacles (d=0), the highest PF was obtained as PF=1.10 at s=40mm and Re=4000. In the presence of circular obstacles, the highest PF was found to be PF=1.08 in the case of Re=8000 and d=4mm. In this study, the flow and heat transfer behavior was investigated by using two different passive methods together and the results were aimed to be a guide for channel designers.