İkili Çarpan Jet ile Soğutulan Sıcak Plakanın Yüzey Şeklinin Isı Transferine Etkisinin Sayısal Analizi
Numerical Analysis of the Effect of Surface Shape of Hot Plate Cooled by Double Impinging Jet on Heat Transfer
Yazar: Kaya, Hüseyin
Dergi: Duzce University Journal of Science and Technology, Vol. 9 No. 1, 2020
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Çarpan jet akış,İkili jet,ısı transferi,HAD ; Impinging jet flow,Double jet,Heat transfer,CFD

Bu çalışmada sıcak bir plakanın çarpan jet akışla soğutulmasının ısı transferi ve akış karakteristikleri hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile sayısal olarak incelenmiştir. Sıcak plakanın aynı yükseklikteki düz, zikzak, yamuk ve dikdörtgen kesitli geometrileri için ikili nozul sistemi kullanılarak türbülanslı çarpan jet akış ile soğutulması durumunda ısı transferi ve hidrolik performanslar karşılaştırılmıştır. Hesaplamalarda çalışma akışkanı olarak hava kullanılmış olup, taşınımla gerçekleşen ısı transferi performansının analizi için ortalama ve yerel Nusselt (Nu) sayılarının dağılımı elde edilmiştir. Hidrolik performans için pompalama gücü değerleri karşılaştırılmıştır. Türbülanslı çarpan jet akış için k-ε türbülans – duvar yakın modelinin kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, yamuk kesitli plakanın en yüksek ısıl performansa sahip olduğu ve taşınımla gerçekleşen ısı transfer hızı aynı şartlarda düz plakadan yaklaşık %52,2 daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Termo-hidrolik performans açısından Nusselt sayısı/Pompalama Gücü oranı hesaplanmış ve en düşük performansın basınç farkının en yüksek olmasından dolayı dikdörtgen kesit için oluştuğu gözlemlenmiştir. Bununla birlikte yerel Nusselt sayılarının dağılımına bakıldığında, nozulların çarptığı noktalarda en yüksek değerleri alıp çıkış kısımlarına doğru azaldığı belirlenmiştir. Çarpan jetler kullanılarak soğutma işlemi yapılan sıcak plaka yüzey kesit şeklinin taşınımla gerçekleşen ısı transferini önemli ölçüde arttırdığı görülmüştür.

In this study, heat transfer and flow characteristics of cooling of a hot plate with impinging jet flow were investigated numerically by computational fluid dynamics method. Heat transfer and hydraulic performances were compared in the case of cooling of the hot plate with turbulent impinging jet flow using a twin nozzle system for flat, zigzag, trapezoid and rectangular geometries of the same height. Air is used as the working fluid in the calculations and the distribution of average and local Nusselt (Nu) numbers is obtained for the analysis of heat transfer performance. Pumping power values were compared for hydraulic performance. For turbulent impinging jet flow, the k-ε turbulence model – near wall treatment is used. According to the results obtained, the trapezoidal plate has the highest thermal performance with 115,67 Nusselt number value and this value is approximately 52,2% higher than flat plate under the same conditions. In terms of thermo-hydraulic performance, the Nusselt number / Pumping Power ratio was calculated, and it was determined that the lowest performance occurred for the rectangular section due to the highest-pressure difference. However, when looking at the distribution of local Nusselt numbers, it was determined that the nozzles hit the highest values and decreased towards the exit parts. It has been observed that the hot plate surface section shape, which is cooled using impinging jets, significantly affects the heat transfer.