Abuzer ÖZSUNAR, Şenol BAŞKAYA, Mecit SİVRİOĞLU

Yatay dikdörtgen kesitli bir kanalda laminer karışık konveksiyon şartlarında ısı transferi ve sıcaklık dağılımının incelenmesi

Bu çalışmada yatay dikdörtgen kesitli bir kanalda laminer akışta karışık konveksiyon şartlarında, ısı transferi ve sıcaklık dağılımı deneysel olarak incelenmiştir. Kanal alt yüzeyi uniform ısı akısına mahruzdur, yan yüzeyler yalıtımlı ve adyabatik kabul edilmiş, üst yüzey ise yalıtımlı ve yalıtımsız olarak düşünülerek deneyler yapılmıştır. Değişik Reynolds ve Grashof sayılarında deneyler yapılmıştır. Sıcaklıklar, veri toplama sistemi (Data Acquisition System) kullanılarak bigisayarda depolanmış ve gerekli hesaplamalar, Quick B ASIC'le yazılan bir programla yapılmıştır. Kanal alt yüzey sıcaklık dağılımının zamanla değişimi belirlenerek, deney düzeneğinin kararlı hale gelişi gözlenmiştir. Karışık konveksiyon yerel Nusselt sayıları hesaplanarak, literatürle karşılaştırma yapılmış ve ölçülen değerlerin literatürle uyum içinde olduğu bulunmuştur. Tam gelişmiş bölgede karışık konveksiyon Nusselt sayılarının, zorlanmış konveksiyon Nusselt sayılarına göre yaklaşık % 250 kadar daha yüksek olduğu belirlenmiştir.

Study of heat transfer and temperaure distribution of laminar mixed convection in a horizontal rectangular channel

Heat transfer and temperature distribution of laminar mixed convection in a horizontal rectangular channel was investigated experimentally. The channel base is exposed to a uniform heat flux, the sides are insulated and assumed adiabatic, and the top is either insulated or exposed to the ambient. Experiments were undertaken for various Reynolds and Grashof numbers. Temperatures were collected using a data acquisition system (DAS) and necessary calculations were made with a program written in Quick Basic. The onset of steady-state conditions was observed by determining the time dependent temperature distribution on the base plate. Local Nusselt numbers for mixed convection were calculated and compared with values from the literature. Measured values were found to agree with the literature. In the fully developed region it was determined that mixed convection Nusselt numbers are 250 % higher compared to forced convection Nusselt numbers.

___

1)Shah, R. K, and London A. L., " Laminer Flow Forced Convection in Ducts", Supplement 1 to Advances in Heat Transfer, Academic Press, New York,1978.
2)Incropera, F.P, "Convection heat transfer in electronic equipment cooling", J.ofHeat Transfer, vol. 110, PP. 1907-1111, 1988.
3)Incropera, F. P., and Schutt, J .A., " Numerical Simulation of Laminer Mixed Convection in the Entrance Region of Horizontal Rectangular Ducts", Numerical Heat Transfer, Vol. 8, pp 707-729, 1985.
4)Abou-Ellail, M.M.M., and Morcos, S.M., " Buoyancy Effects in the Entrance Region of Horizontal Rectangular Channels", J. of Heat Transfer, Vol. 105, pp. 924-928, 1983.
5)Meteis, B. and Eckert, E. R. G., "Free, Forced and Mixed Convection regimes", Journal of Heat Transfer, vol.86, pp,46-56, 1964.
6)Mori, Y ., and Uchida Y., "Forced Convection Heat Transfer Between Horizantal Flat Plates ", Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 9, pp. 803-817 1966.
7)Ou, J.W., Cheng, K.C., and Lin, R.C., "Natural Convection Effects on Gratz Problem in Horizontal Rectangular^ Channels with Uniform Wall Temperature for Large Pr ", Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 17, pp. 835-843, 1974.
8)Ostrach, S., and Kamatoni, Y., "Heat Transfer Augmentation in Laminar Fully Developed Channel Flow by Means of Heating From Below ", J. Heat Transfer, Vol. 97, pp. 220-225, 1975.
9)Morcos, S.M., Hilal, M.M, Kamel, M.M., and Soliman, M.S.,, "Experimental Investigation of Mixed Laminar Convection in the Entrance Region of Inclined Rectangular Channels ", J. of Heat Transfer, Vol. 108, pp. 574-579, 1986.
10)Osborne, D.G., and Incropera, F.P., "Laminar Mixed Convection Heat Transfer for Flow Between Horizontal Parallel Plates with Asymmetric Heating ", Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 28, no. 1, pp. 207-217, 1985.
ll)Maughan, J.R., and Incropera, ¥.?., "Experiments on Mixed Convection heat transfer for Air Flow in a Horizontal and Inclined Channel", Int. J. Heat Mass Transfer, vol.30,No.7, pp.1307-1318,1987.
12)Narusawa, U., "Numerical Analysis of Mixed Convection at the Entrance Region of a Rectangular Duct Heated from Below", Int. J. Heat Mass Transfer, vol.36, pp.2375-2384, 1993.
13)Hwang, C.C., and Lin, T.F., "Vortex Flow and Thermal Charecterictics in Mixed Convection of Air in a Horizontal Rectangular Duct: Effects of the Reynolds and Grashof Numbers", Int.J. Heat Mass Transfer, vol.38, pp. 1661-1674, 1995.
14)Özsunar, A., "Yatay ve Eğimli Kanallarda Laminer Akışta Karışık Konveksiyon İle Isı Transferinin Deneysel ve Sayısal Olarak İncelenmesi", Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 1999.
15)Spitzer, D.W., "Flow Measurement , Practical Guides for Measurement and Control", Instrument Society of America, 1996.
16)Incropera, F.P., and De Witt D.P., "Fundamentals of Heat and Mass Transfer", John Wiley& Sons., 1990.