Daralan ve Genişleyen Bir Kanal İçerisine Yerleştirilen Yarım Küreler Üzerinden Akış ve Isı Transferinin Sayısal Olarak Araştırılması

Year 2018, Volume: 33 Issue: 4, 225 - 240, 31.12.2018

Doğan Engin Alnak , Koray Karabulut Ferhat Koca

https://doi.org/10.21605/cukurovaummfd.528394

Abstract

Bu çalışmada; birbirleriyle bağlantılı daralan ve genişleyen bir kanal içerisine diziler halinde yerleştirilmiş yarım küreler üzerinden akış ve ısı transferi üç boyutlu, sıkıştırılamaz, zamana bağlı, tam gelişmiş ve laminer akış için sayısal olarak incelenmiştir. Süreklilik, Navier-Stokes ve enerji denklemleri Ansys Fluent17.0 programı kullanılarak sayısal olarak çözülmüştür. Çalışma akışkanı olarak hava kullanılmıştır. Havanın kanala giriş sıcaklığı ve küre yüzey sıcaklıkları sırasıyla 300 K ve 350 K’dir. Çalışmada, yarım kürelerin kanala tekli ve çoklu diziler halinde olmak üzere toplamda 6 farklı tasarımda yerleşiminin ve birbirlerine göre yerleşim şekillerinin ısı geçişi ve basınç kaybı artışına olan etkileri farklı Reynolds sayıları için (Re=100, 200, 400 ve 800) incelenmiştir. Sonuçlar, basınç kayıp katsayısının, Nusselt sayısının, çıkıştaki toplam ısı transferi miktarının, akışkan sıcaklığının ve ısıl performans katsayısının (ϕ) Re sayısıyla değişimi olarak sunulmuştur. Ayrıca, kanal boyunca sıcaklık, hız konturları ve kanallar arası akış için hız vektörleri dağılımları farklı Re sayıları için incelenmiştir. Sonuç olarak, en yüksek ısı transferi artışları sırasıyla tekli ve çoklu model dizilimlerinde akışkan hareketinin ve karışmanın daha iyi olduğu Model 2 ve 5 için elde edilmektedir. Çalışmada kullanılan yarı küre dizilimleri ile bilgisayar kasası gibi ısınma problemi olan elektronik cihazların soğutma performansının artırılabileceği düşünülmektedir. 

Keywords

Daralan ve genişleyen kanal, Yarım küre, Isı transferi

Numerical Investigation of Flow and Heat Transfer on Semi Spheres In Placed a Converging and Diverging Channel

Abstract

In this study, flow and heat transfer are investigated numerically in the case of three dimensional, incompressible, unsteady, fully developed and laminar flow on semi spheres placed as serials in a communicating converging and diverging channel. The continuity, Navier-Stokes and energy equations are solved numerically by using Ansys Fluent-17.0 software program. Air is taken as working fluid. Inlet temperature of the air and sphere surface temperatures are 300 K and 350 K, respectively. The effects of location of semi spheres to channel at 6 different designs as single and multiple serials and placement types of the spheres according to each other on the heat transfer and pressure drop enhancement for different Re numbers (Re=100, 200, 400 ve 800) are researched. Results are presented as variation of pressure loss coefficient, Nusselt number, amount of total heat transfer, fluid temperature at outlet and thermal performance coefficient (ϕ) with Re number. Also, distributions of temperature,are investigated velocity contours along the channel and velocity vectors for the flow between channels for different Re numbers. As a result, the highest heat transfer increments are obtained for Models 2 and 5 where fluid motion and mixing are better in single and multiple model arrays, respectively. It is considered that cooling performance of electronic equipments having warming problem such as computer case can be increased with semi spheres serials used in study. 

Keywords

Converging and diverging channel, Semi sphere, Heat transfer

References

• 1. Sparrow, E.M., Prata, A.T., 1983. Numerical Solutions for Laminar Flow and Heat Transfer in a Periodically Converging-Diverging Tube with Experimental Confirmation, Num. Heat Trans., 6(4), 3219-3230.
• 2. Patankar, S.V., Liu, C.H., Sparrow, E.M., 1977. The Periodic Thermally Developed in Ducts with Streamwise Periodic Wall Temperature or Heat Flux, Int. J. Heat Mass Trans., 21(5), 557-666.
• 3. Kelkar, K.M., Patankar, S.V., 1987. Numerical Prediction of Flow and Heat Transfer in a Parallel Plate Channel with Staggered Fins, J. Heat Trans., 109(1), 25-30.
• 4. Wang, G., Vanka, S.P., 1995. Convective Heat Transfer in Periodic Wavy Passages, Int. J. Heat Mass Trans., 38(17), 3219-3230.
• 5. Chunhua, M., Chengying, Q., Xiangfei, K., Jiangfeng, D., 2010. Experimental Study of Rectangular Channel with Modified Rectangular Longitudinal Vortex Generators, Int. J. Heat and Mass Trans., 53(15-16), 3023-3029.
• 6. Pankaj, S., Gautm, B., Subrata, S., 2014. Comparision of Winglet-Type Vortex Generators Periodically Deployed in a Plate-Fin Heat Exchanger-A Synergy Based Analysis, Int. J. Heat Mass Trans., 74, 292-305.
• 7. Zhu, J.X., Fiebig, M., Mitra, N.K., 1995. Numerical Investigation of Turbulent Flows and Heat Transfer in a Rib-Roughed Channel with Longitudinal Vortex Generators, Int. J. Heat Mass Trans., 38(3), 495-501.
• 8. Chunhua, M., Chengying, Q., Enyu, W., Liting, T., Yaju, Q., 2012. Numerical Investigation of Turbulent Flow and Heat Transfer in a Channel with Novel Longitudinal Vortex Generators, 55 (23-24), 7268-7277.
• 9. Sohankar, A., 2007. Heat Transfer Augmentation in a Rectangular Channel with Vee-Shaped Vortex Generator, Int. J. Heat Fluid Flow, 28(2), 306-317.
• 10. Yılmaz, T., 1982. Numerical Solutions of Navier-Stokes Equations for Laminar Flow in Rows of Plates in Staggered Arrangement, Int. Heat Fluid Flow, 3(4), 201-206.
• 11. Yılmaz, T., Ayhan, T., 1983. Birbirleriyle Bağlantılı Daralan ve Genişleyen Kanallarda Isı Transferi, 4. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi.
• 12. Erdinc, M.T., Yılmaz, T., 2018. Numerical Investigation of Flow and Heat Transfer in Communicating Convergıng and Diverging Channels, Journal of Thermal Engineering, 4(5), 2318-2332.
• 13. Xu, F., Zhong, S., Zhang, S.Y., 2018. Vortical Structures and Development of Laminar Flow Over Convergent-Divergent Riblets, Physics of Fluids, 30(5), 10.1063/1.5027522.
• 14. Fuji, M., Sensimo, Y., Yamanaka, G., 1988. Heat Transfer and Pressure Drop of Perforated Surface Heat Excganger with Pasage Enlargement and Contraction, Int. Heat Mass Trans., 31(1), 135-142.
• 15. Kotcioğlu, I., Bölükbaşı, A., 2003. Düşey Dikdörtgen Kesitli Bir Kanalda Farklı Kanatçıklı Yüzeylerde Isı Transferinin İncelenmesi, D.E.Ü. Müh. Fak. Fen ve Müh. Dergisi, 5(2), 89-102.
• 16. Karabulut, K., Alnak, D.E., Koca, F., Özalp, C., 2018. Numerical Analysis of Flow and Heat Transfer for Semi Spheres Placed as Multiple Serials in a Channel, European Mechanical Science, 2(3), 76-82.
• 17. FLUENT User’s Guide, 2003. Fluent Inc. Lebanon, NH.
• 18. Erdinc, M.T., 2014. Birbirleriyle Bağlantılı Daralan ve Genişleyen Kanallarda Akış ve Isı Geçişinin Sayısal Olarak İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.