Düz Yüzeye Çarpan Eş Eksenli Halkasal ve Dairesel Jetin Isı Transfer Karakteristiklerinin Sayısal Analizi

Yıl 2024, Cilt: 40 Sayı: 1, 56 - 67, 30.04.2024

Necati Ün , Selma Akçay , Ünal Akdağ

Öz

Bu çalışmada, izotermal olarak ısıtılmış düz bir yüzey üzerine sürekli ve eşzamanlı olarak çarpan halkasal ve dairesel jetin ısı transfer karakteristikleri sayısal olarak incelenmiştir. Çalışma, ANSYS Fluent yazılımı ile RNG k-ε türbülans modeli kullanılarak geçekleştirilmiştir. İncelemeler, hedef yüzey ile jet çıkışı arasındaki iki farklı çarpma mesafesinde (H/D: 2 ve 4) gerçekleştirilmiştir. Simülasyonlarda, dairesel ve halkasal jetin Reynolds sayıları için 3000≤Re≤15000 aralığında farklı kombinasyonlar uygulanmıştır. Prandtl sayısı (Pr) ve diğer geometrik parametreler sabit tutulmuştur. Halkasal jet ve dairesel jetin eşzamanlı olarak farklı Reynolds sayılarının kombinasyonlarında hedef yüzey üzerine çarpması sonucu yüzeydeki Nusselt sayıları hesaplanmıştır. Farklı jet hızları ve H/D mesafeleri için çözüm alanında elde edilen hız ve sıcaklık dağılımları sunulmuştur. Sayısal sonuçlar, dairesel ve halkasal jetin yüzey üzerine sürekli ve eş zamanlı uygulanmasının sadece dairesel ve sadece halkasal jet çarpmasına göre ısı transferi iyileştirmede önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Jet-hedef yüzey arasındaki mesafenin azalması ısı transferinin artmasına neden olmuştur. En iyi ısı transferi H/D=2 mesafesinde Redış=15000 ve Reiç=15000 kombinasyonunda Nu=374,85 olarak elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Halkasal Jet, Dairesel Jet, Jet Çarpması, Düz Hedef Yüzey, Isı Transferi İyileştirme

Etik Beyan

Etik beyan gerekmemektedir.

Destekleyen Kurum

Aksaray Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri (ASÜ-BAP 2023-05 nolu proje)

Proje Numarası

Aksaray Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (ASÜ-BAP 2023-05 nolu proje)

Teşekkür

Bu çalışma, Aksaray Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (ASÜ-BAP 2023-05 nolu proje) kapsamında desteklenmiştir. Sağlanan desteğe teşekkür ederiz

Numerical Analysis of Heat Transfer Characteristics of Coaxial Annular and Circular Jet Impinging on a Flat Surface

Öz

Abstract: In this study, the heat transfer characteristics of annular and annular jets continuously and simultaneously impinging on an isothermally heated flat surface were numerically investigated. The study was carried out using the RNG k-ε turbulence model with ANSYS Fluent software. Examinations were carried out at two different impact distances (H/D: 2 and 4) between the target surface and the jet exit. In the simulations, different combinations were applied for the Reynolds numbers of the circular and annular jet in the range of 3000≤Re≤15000. Prandtl number (Pr) and other geometric parameters were kept constant. Nusselt numbers on the surface were calculated as a result of the annular jet and the circular jet hitting the target surface simultaneously at different combinations of Reynolds numbers. The velocity and temperature distributions obtained in the solution area for different jet velocities and H/D distances were presented. Numerical results showed that the continuous and simultaneous application of circular and annular jet on the surface has a significant effect on heat transfer improvement compared to only circular and only annular jet impingement. The decrease in the distance between the jet and the target surface caused an increase in heat transfer. The best heat transfer was obtained as Nu=374.85 in the combination of Reiç = 15000 and Redış = 15000 at H/D = 2 distance.

Anahtar Kelimeler

Annular Jet, Circular Jet, Jet Impingement, Flat Target Surface, Heat Transfer Enhancement

Proje Numarası

Aksaray Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (ASÜ-BAP 2023-05 nolu proje)

Kaynakça

• Celik, N. ve Turgut, E. 2012. Design Analysis of an Experimental Jet Impingement Study by Using Taguchi Method. Heat Mass Transfer, 48, 1407–1413.
• Kalifa, R.B., Habli, S., Said, NM., Bournot, H. Palec, G.L. 2016. Parametric Analysis of a Round Jet Impingement on a Heated Plate. International Journal of Heat and Fluid Flow, 57, 11–23.
• Nuntadusit, C., Wae-Hayee, M., Bunyajitradulya, A., Eiamsa-ard, S. 2012. Visualization of Flow and Heat Transfer Characteristics for Swirling Impinging Jet. International Communications in Heat and Mass Transfer, 39, 640-648.
• Friedrich, B.K., Ford, T.D., Glaspell, A.W., Choo, K. 2017. Experimental Study of the Hydrodynamic and Heat Transfer of Air-Assistant Circular Water Jet Impinging a Flat Circular Disk. International Journal of Heat and Mass Transfer, 106, 804–809.
• Akdağ, Ü., Akçay, S., Karabayır, M.L. 2023. Experimental Investigation of the Heat Transfer Characteristics of a Pulsating Impinging Jet on a Flat Surface. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 38(2), 889-899.
• Hosain, M.L., Fdhila, R.B. Daneryd, A. 2016. Heat Transfer By Liquid Jets Impinging on Hot Flat Surface. Applied Energy, 95(164), 934–943.
• Frosella, T., Frippa, M., Gutmarkb, E. 2018. Dynamics of the İmpingement Region of a Circular Turbulent Jet. Experimental Thermal and Fluid Science, 91, 399–409.
• Lee, J., Lee, S.J. 2000. The Effect of Nozzle Aspect Ratio on Stagnation Region Heattransfer Characteristics of Elliptic Impinging Jet. International Journal of Heat and Mass Transfer, 43, 555-575.
• Yasaswy, N.S, Saroj, S., Hindasageri, V., Prabhu, S.V. 2014. Local Heat Transfer Distribution of an Impinging Air Jet Through a Crossflow. International Journal of Thermal Sciences, 79, 250-259.
• Kılıç, M., Başkaya, Ş. 2017. Farklı Geometride Akış Yönlendiriciler ve Çarpan Jet Kullanarak Yüksek Isı Akılı Bir Yüzeyden Olan Isı Transferinin İyileştirilmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 32(3), 693-707.
• Alnak, D.E Karabulut, K. 2019. Hava Jeti Çarpmalı Kurutma için Farklı Dairesel Nemli Nesne Geometrilerinin Isı ve Kütle Transferi Üzerindeki Etkisinin Araştırılması. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 24 (1), 51-62.
• Golda, P., Lettner, N., Schießl, R. Maas, U. 2021. Experimental Investigation of The Cryogenic Ln2-Cooling Performance for an Impinging Jet Configuration for Different Inflow Conditions. International Journal of Heat and Mass Transfer, 180, 121776.
• Zhong, Y., Zhou, C. ve Shi, Y. 2022. Effect of the Nozzle Geometry on Flow Field and Heat Transfer in Annular Jet Impingement. Energies, 15, 4271.
• Ryzhenkov, V. Mullyadzhanov, R. 2017. Large-eddy Simulations of the Near Field of a Turbulent Annular Jet, Journal of Physics, Conf. Series, 899, 022014.
• Philippov, M.V., Chokhar, I.A., Terekhov, V.V., Terekhov, V.I., Baranov, I.N. 2021. Experimental Investigation of Heat and Mass Transfer of an Annular Impinging Jet. Journal of Physics, 2039, 012028.
• Celik, N., 2006. Optimum Lüle Şeklinin Çarpan Jet Üzerinde Etkilerinin İncelenmesi. Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 267s, Elâzığ.
• Kalinina, S.V., Terekhov, V.I. Sharov, K.A. 2015. Special Features of Flow in an Annular Jet Impinging on a Barrier. Fluid Dynamics, 50(5), 665–671.
• Markal, B. 2018. Experimental Investigation of Heat Transfer Characteristics and Wall Pressure Distribution of Swirling Coaxial Confined Impinging Air Jets. International Journal of Heat and Mass Transfer, 124, 517-532.
• Aydin, O., Markal, B. 2018. Experimental Investigation of Coaxial Impinging Air Jets. Applied Thermal Engineering, 141, 1120-1130.
• Terekhov, V.I., Kalinina, S.V., Sharov, K.A. 2018. Convective Heat Transfer at Annular Jet Impingement on a Flat Blockage. High Temperature, 56, 217-222.
• Afroz, F., Sharif, M.A.R. 2018. Numerical Study of Turbulent Annular Impinging Jet Flow and Heat Transfer from a Flat Surface. Applied Thermal Engineering, 138, 154-172.
• Ibramiov, U. 2019. İkili Çarpan Jet Akışında Akış ve Isı Transferi Parametrelerinin İncelenmesi. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Niğde.
• Dutta, P., Chattopadhyay, H. 2021. Numerical Analysis of Transport Phenomena under Turbulent Annular Impinging Jet. Computational Thermal Sciences, 13(2), 1–19.
• Fenot, M., Dorignac, E., Lantier, R. 2021. Heat Transfer and Flow Structure of a Hot Annular Impinging Jet. International Journal of Thermal Sciences, 170, 107091.
• Kılıç, M., Şahin, M., Iqbal, M., Demircan, T., Kılınç, Z., Ullah, A. 2023. Numerical Investigation of Cooling an Industrial Roller by Using Swirling Jets. ECJSE, 10 (1), 147–159.
• Ahmed, Z.U., 2016. An Experimental and Numerical Study of Surface Interactions in Turbulent Swirling Jets, Edith Cowan University, School of Engineering, Doctoral Thesis, 234 pp, Austraulia.
• Rakhsha, S., Zargarabadi, M.R., Saedodin, S. 2021. Experimental and Numerical Study of Flow and Heat Transfer from a Pulsed Jet Impinging on a Pinned Surface. Experimental Heat Transfer, 34(4), 376-391.