Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi

Calisir, Tamer; KILIÇ, MUSTAFA; Baskaya, Senol; ÖZDEMİR, SEDAT

doi:10.17341/gazimmfd.1008154

Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi

Sedat ÖZDEMİR, (Gazi Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)

Mustafa KILIÇ, (Adana Alparslan Türkeş Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Adana, Türkiye)

TAMER ÇALIŞIR, (Gazi Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)

Şenol BAŞKAYA (Gazi Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

3 3

Yıl: 2023 Cilt: 38 Sayı: 3 Sayfa Aralığı: 1805 - 1820 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.1008154 İndeks Tarihi: 23-03-2023

Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi

Öz:

Bu çalışmada; içinde ısı akısına sahip, farklı konum ve geometride engeller bulunan dik bir kanaldaki karışık konveksiyonun ısı transferine ve akış özelliklerine etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Engellerin konumları, sayıları ve geometrileri değiştirilerek ısı transferine ve akış özelliklerine etkisi belirlenmeye çalışılmıştır. Çalışmada, alt alta bulunan iki yarı silindirik engelin, alt alta ve karşılıklı bulunan dört yarı silindirik engelin ve alt alta ve karşılıklı bulunan dört dikdörtgen engelin karışık konveksiyonla olan akış ve ısı transferine etkileri irdelenmiştir. Sonuç olarak; Nusselt sayısının, engellerin birbirine olan uzaklıklarının (L/D oranı) ve doğal taşınım etkilerinin (Ri sayısı) artmasıyla genel olarak arttığı tespit edilmiştir. Her iki engel geometrisinde (yarı silindirik engel ve dikdörtgen engel) L/D oranının ve değiştirilmiş Ri sayısının arttırılmasının Nusselt sayısına olan etkisinin benzer olduğu ve ısı transferini arttırdığı tespit edilmiştir. Yarı silindirik engeldeki Nusselt değerlerinin dikdörtgen engeldeki Nusselt değerlerine kıyasla daha büyük olduğu belirlenmiştir. Yarı silindirik engeldeki Nusselt değerlerinin dikdörtgen engeldeki Nusselt değerlerinden farkının; engeller arası mesafenin az olduğu (L/D=0,25) değer için; düşük Ri sayılarında (Ri=50) %72,5 iken yüksek Ri sayılarında (Ri=200) %19,6 olduğu tespit edilmiştir. Bu fark; engeller arası mesafenin çok olduğu (L/D=1,5) değer için; düşük Ri sayılarında (Ri=50) %58,6 iken yüksek Ri sayılarında (Ri=200) %39,1 olduğu tespit edilmiştir. Her iki engel geometrisinde de en yüksek Nu sayısının L/D= 1,5 ve Ri=200 olduğu durumda meydana geldiği belirlenmiştir. Ayrıca; çalışmada Nu sayısı için bir korelasyon elde edilmiştir. Sayısal çalışmanın sonuçları literatürde bulunan deneysel çalışmalarla da karşılaştırılarak; sıcaklık dağılımını ve akış özelliklerini iyi şekilde temsil edebildiği görülmüştür.

Anahtar Kelime: Kanal akışı karışık taşınım engel geometrisi hesaplamalı akışkanlar dinamiği

Numerical investigation of enhancing mixed convection heat transfer by using semi- cylindrical obstacles in a vertical channel

Öz:

In this study; effects of obstacles with heat flux, with different location and geometry in a vertical channel on mixed convection heat transfer and flow was investigated numerically. Effects of location, number and geometry of obstacles on heat transfer and flow properties have been examined. The effect of two semi- cylindrical obstacles located one under the other, four semi-cylindrical obstacles located one under the other on opposite sides, four rectangular obstacles located one under the other on opposite sides, on heat transfer and flow properties were investigated in the study. As a result, it was obtained that Nu number increases with increasing distance between obstacle (L/D) and natural convection effects (Ri number). For both obstacle geometries, increasing L/D ratio and Ri number causes similar effect on Nu number and enhances heat transfer. It was determined that Nu numbers obtained for semi-cylindrical obstacles are higher than the Nu numbers of rectangular obstacles. The highest Nu number can be obtained for L/D=1,5 and Ri=200 for both obstacle geometries. It has also been shown that numerical results can well represent the temperature distribution and flow properties by comparison of these results with an experimental result from the literature.

Anahtar Kelime: Channel flow mixed convection obstacle geometry computational fluid dynamics

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

1. Adachi T., Uehara H., Correlation between heat transfer and pressure drop in channels with periodically grooved parts, International Journal of Heat and Mass Transfer, 44 (22), 4333-4343, 2001.
2. Auletta A., Manca O., Morrone B., Naso V., Heat transfer enhancement by the chimney effect in a vertical isoflux channel, International Journal of Heat and Mass Transfer, 44 (22), 4345–4357, 2001.
3. Barletta A., Zanchini E., On the choice of the reference temperature for fully developed mixed convection in a vertical channel, International Journal of Heat and Mass Transfer, 42 (16), 3169–3181, 1999.
4. Boutina L., Bessaih R., Numerical simulation of mixed convection air- cooling of electronic components mounted in an inclined channel, Applied Thermal Engineering, 31 (11-12), 2052-2062, 2011.
5. Forooghi P., Hooman K., Effect of buoyancy on turbulent convection heat transfer in corrugated channels a numerical study, International Journal of Heat and Mass Transfer, 64, 850–862, 2013.
6. Hamouche A., Bessaih R., Mixed convection air cooling of protruding heat sources mounted in a horizontal channel, International Communications in Heat and Mass Transfer, 36 (8), 841-849, 2009.
7. Jang J.H., Yan W.M., Mixed convection heat and mass transfer along a vertical wavy surface, International Journal of Heat and Mass Transfer, 47 (3), 419-428, 2004.
8. Mills Z.G., Warey A., Alexeev A., Heat transfer enhancement and thermal-hydraulic performance in laminar flows through asymmetric wavy walled channels, International Journal of Heat and Mass Transfer, 97, 450-460, 2016.
9. Zhang W., Wei Y., Yu P., Zhu Z., Numerical investigation on buoyancy-driven flow over a circular cylinder in a channel with nonparallel walls, Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, 82 (6), 299-316, 2022.
10. Lee J.S., Ha M.Y., Min J.K., Numerical study on the mixed convection around inclined-pin fins on a heated plate in vertical channels with various bypass ratios, Case Studies in Thermal Engineering, 27, 101310, 2021.
11. Wetzel T., Wagner C., Buoyancy-induced effects on large-scale motions in differentially heated vertical channel flows studied in direct numerical simulations, International Journal of Heat and Fluid Flow, 75, 14-26, 2019.
12. You X., Li S., Fully Developed Opposing Mixed Convection Flow in the Inclined Channel Filled with a Hybrid Nanofluid, Nanomaterials, 11, 1107, 2021.
13. Al-Obaidi A.A., Salman A.J., Yousif A.R., Al-Mamoori D.H., Mussa M.H., Gaaz T.S., Kadhum A.A. H., Takriff M.S., Al-Amiery A.A., Characterization the effects of nanofluids and heating on flow in a baffled vertical channel, International Journal of Mechanical and Materials Engineering, 14, 11, 2019.
14. Moukalled F., Doughan A., Acharya S., Parametric study of mixed convection in channels with concave and convex surfaces, International Journal of Heat and Mass Transfer, 43, 1947-1963, 2000.
15. Rao G., Narasimham G., Laminar conjugate mixed convection in a vertical channel with heat generating components, International Journal of Heat and Mass Transfer, 50, 3561–3574, 2007.
16. Tanda G., Heat transfer in rectangular channels with transverse and v- shaped broken ribs, International Journal of Heat and Mass Transfer, 47 (2), 229–243, 2004.
17. Kilic M., Baskaya Ş., Improvement of heat transfer from high heat flux surfaces by using vortex promoters with different geometries and impinging jets, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32 (3), 693-707, 2017.
18. Çalışır T., Çalışkan S., Kilic M., Başkaya S., Numerical investigation of flow field on ribbed surfaces using impinging jets, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32 (1), 119-130, 2017.
19. Wahba E., Mixed convection flows in a vertical plane duct preceded by a sudden expansion, International Journal Numeric Method Heat Fluid Flow, 21, 399–417, 2011.
20. Rosas I.Y., Treviño C., Suástegui L., Experimental study of mixed convection heat transfer in a vertical channel with a one-sided semi cylindrical constriction with prescribed heat flux, International Journal of Heat and Fluid Flow, 67, 155-167, 2017.
21. Kilic M., Calisir T., Baskaya Ş., Experimental and numerical investigation of vortex promoter effects on heat transfer from heated electronic components in a rectangular channel with an impinging jet, Heat Transfer Research, 48 (5), 435-463, 2017.
22. Öztürk M.S., Demircan T., Numerical analysis of the effects of fin angle on flow and heat transfer characteristics for cooling an electronic component with impinging jet and cross-flow combination, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37 (1), 57-74, 2022.
23. Sözbir M., Uysal Ü., Experimental investigation of heat transfer of multi-row impingement jets in two-pass rectangular channel, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37 (2), 671-684, 2022.
24. Young T., Vafai K., Experimental and numerical investigation of forced convective characteristics of arrays of channel mounted obstacles, ASME Journal Heat Transfer, 121, 34–42, 1999.
25. Kilic M., A numerical analysis of transpiration cooling as an air cooling mechanism, Heat and Mass Transfer/Waerme- und Stoffuebertragung, 54 (12), 3647–3662, 2018.
26. Kilic M., Numerical investigation of heat transfer from a porous plate with transpiration cooling, Journal of Thermal Engineering, 4 (1), 1632- 1647, 2018.
27. Young T., Vafai K., Convective cooling of a heated obstacle in a channel, International Journal Heat and Mass Transfer, 41 (20), 3131– 3148, 1998.
28. Umar E., Tandian N. P., Syuryavin, A. C., Ramadhan, A. I., Prayitno, J. H., CFD Analysis of Convective Heat Transfer in a Vertical Square Sub-Channel for Laminar Flow Regime, Fluids, 7, 207, 2022.
29. Jha B.K., Sani H.N., Role of thermophoresis on unsteady/steady mixed convective flow in a vertical channel having convective boundary conditions, SN Applied Sciences, 4, 131, 2022.
30. Simcenter FLOEFD, Technical Reference Software Version 2020, 2020.

APA	ÖZDEMİR S, KILIÇ M, Calisir T, Baskaya S (2023). Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi. , 1805 - 1820. 10.17341/gazimmfd.1008154
Chicago	ÖZDEMİR SEDAT,KILIÇ MUSTAFA,Calisir Tamer,Baskaya Senol Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi. (2023): 1805 - 1820. 10.17341/gazimmfd.1008154
MLA	ÖZDEMİR SEDAT,KILIÇ MUSTAFA,Calisir Tamer,Baskaya Senol Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi. , 2023, ss.1805 - 1820. 10.17341/gazimmfd.1008154
AMA	ÖZDEMİR S,KILIÇ M,Calisir T,Baskaya S Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi. . 2023; 1805 - 1820. 10.17341/gazimmfd.1008154
Vancouver	ÖZDEMİR S,KILIÇ M,Calisir T,Baskaya S Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi. . 2023; 1805 - 1820. 10.17341/gazimmfd.1008154
IEEE	ÖZDEMİR S,KILIÇ M,Calisir T,Baskaya S "Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi." , ss.1805 - 1820, 2023. 10.17341/gazimmfd.1008154
ISNAD	ÖZDEMİR, SEDAT vd. "Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi". (2023), 1805-1820. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1008154

APA	ÖZDEMİR S, KILIÇ M, Calisir T, Baskaya S (2023). Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38(3), 1805 - 1820. 10.17341/gazimmfd.1008154
Chicago	ÖZDEMİR SEDAT,KILIÇ MUSTAFA,Calisir Tamer,Baskaya Senol Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38, no.3 (2023): 1805 - 1820. 10.17341/gazimmfd.1008154
MLA	ÖZDEMİR SEDAT,KILIÇ MUSTAFA,Calisir Tamer,Baskaya Senol Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.38, no.3, 2023, ss.1805 - 1820. 10.17341/gazimmfd.1008154
AMA	ÖZDEMİR S,KILIÇ M,Calisir T,Baskaya S Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(3): 1805 - 1820. 10.17341/gazimmfd.1008154
Vancouver	ÖZDEMİR S,KILIÇ M,Calisir T,Baskaya S Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(3): 1805 - 1820. 10.17341/gazimmfd.1008154
IEEE	ÖZDEMİR S,KILIÇ M,Calisir T,Baskaya S "Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38, ss.1805 - 1820, 2023. 10.17341/gazimmfd.1008154
ISNAD	ÖZDEMİR, SEDAT vd. "Karışık taşınım ile olan ısı transferinin farklı geometrideki akış engelleri kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal olarak incelenmesi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38/3 (2023), 1805-1820. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1008154