1914

Kare kesitli yatay bir kanalda laminer karışık konveksiyon akışın incelenmesi

Bu çalışmada, kare kesitli yatay bir kanalda laminar karışık konveksiyon akışın yapısı Sayısal Akışkanlar Dinamiği (SAD) yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Kanal alt yüzeyi uniform ısı akısına maruz bırakılmış, yan yüzeyler yalıtımlı ve adyabatik ve üst yüzey ise dış ortamdaki akışa maruz bırakılmıştır. Problemi tanımlayan temel korunum denklemleri (kütle, momentum ve enerji) sayısal olarak çözülmüştür. SAD sonuçlarından elde edilen sıcaklıklar kullanılarak, kanal boyunca ortalama Nusselt sayısı dağılımı hesaplanmış ve elde edilen değerler deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Ters Greatz sayısı skalası kullanılarak ortalama Nusselt sayısı dağılımı araştırılmıştır. Ayrıca, kanal boyunca farklı noktalarda, x-y ekseninde (kanal kesitinde) akışın hız vektörleri ve sıcaklık kontur grafiği verilerek, akışın gelişmekte olan akış özelliği taşıdığı belirlenmiştir. Laminer karışık konveksiyon şartlarında, ısı transferinin, zorlanmış konveksiyona göre belirgin bir şekilde arttığı gözlemlenmiştir. SAD yöntemiyle elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılmış ve uyum içinde olduğu görülmüştür.

In this study, mixed convection through a horizontal channel having a squared cross section is investigated using Computational Fluid Dynamics (CFD) method. Bottom surface of the channel is exposed to a uniform heat flux, side surfaces are insulated and adiabatic, and upper surface is expose to surrounding fluid.Governing equations (mass, momentum and energy) defining the problem are solved numerically. Using the temperatures obtained from CFD results, avarege Nusselt number distribution throught the channel is calculated, and compared with experimental results. Avarege Nusselt number distribution is investigated by using the inverse Greatz number scale. Besides, velocity vectors and temperature contours of the flow are presented at different points on the x-y axis throughout the channel and it is determined that the flow has proporties of a developing flow. It is observed that heat transfer in laminer mixed convection increases evidently compared to that in forced convection. The results obtained with the CFD method are in agreement on the experimental results.

PDF

___

1. Mori, Y ., and Uchida Y., “Forced Convection Heat Transfer Between Horizantal Flat Plates ”, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 9, pp. 803-817 1966.

2. Hwang, G.J., and Cheng, K.C., “Convective Instability in the Thermal Entrance Region of a Horizontal Parallel - Plate Channel Heated from Below,” J. Heat Transfer, Vol. 95, pp. 72-77 (1973).

3. Hwang, G.J., and Liu, Cheng-liung , “An Experimental Study of Convective Instability in the Thermal Entrance Region of a Horizantal Parallel-Plate Channel Heated From Below, ” The Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 54., pp. 521-525, (1976).

4. Kurosaki, Y., and Satoh, I., “Laminar Heat Transfer in an Asymmetrically Heated Rectangular Duct”, Fundementals of Forced and Mixed Convection, ASME HTD, Vol. 42, pp. 29-34, 1985.

5. 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.

6. Mahaney, H.V., Incropera, F.P., and Ramdhyani, S., “Development of laminer Mixed Convection Flow in a Horizontal Rectangular Duct With Uniform Bottom Heating”, Numerical Heat Transfer, vol.12, pp.137-155, 1987.

7. Huang, C.C., and Lin, T.F., “Buoyancy Induced Flow Transition in Mixed Convective Flow of Air Through a Bottom Heated Horizontal Rectangular Duct”, Int.J. Heat Mass Transfer, 38, 1661-1674, 1995.

8. Hwang, G.J., vd. “A computer parametric analysis of mixed convection in ducts”, Int.J. Heat Mass Transfer, 44, 1857-1867, 2001.

9. 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.

10. Spalding, D.B., “The PHOENICS Beginner’s Guide”, CHAM, TR/100, 19991.

11. Patankar, S. V., “Numerical Heat Transfer and Fluif Flow”, Hemisphere, New York, 1980.

12. Başkaya, Ş., “The Computational Simulation of the Concentration Field of a Condensing Water Vapour Jet and Comparison with Experimental Data” Tr. J. of Engineering and Environmental Science, 22, 245-267, 1998.