Erman ASLAN, İmdat TAYMAZ, Yaşar İSLAMOĞLU, İ. Cem PARMAKSIZOĞLU, Mardiros ENGİN, İlkay ÇOLPAN, Gökhan KARABAŞ, Güven ÖZÇELİK
Dalgalı Yüzeyli Isı Değiştirici Kanallarında Hız ve Sıcaklık Alanlarının “Rans” Tabanlı Türbülans Modelleri ile Sayısal İncelenmesi ve Deneysel Doğrulaması
Levhalı ısı değiştiricilerinde yaygın olarak kullanılan periyodik dalgalı yüzeyli kanal için taşınımla ısı geçişi ve sürtünme faktörü sayısal incelenmiştir. Sayısal çalışmada Sonlu Hacimler Yöntemi (Finite Volume Method-FVM) kullanılmıştır. Realize edilebilir k-ε (Realizable k-ε), k-ω, Kayma Gerilmesi Taşınımı (Shear Stress Transport-SST) ve geçiş SST (transition SST) olarak adlandırılan, dört farklı Reynolds Ortalamalı Navier-Stokes (Reynolds Averaged Navier-Stokes Simulations-RANS) tabanlı türbülans modelleri kullanılarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.Önceki deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar da sayısal sonuçları doğrulamak için kullanılmıştır. Çalışmalar, dalga eğim açısının 30° olduğu dalgalı yüzeyli kanallarda hava akışı için yapılmıştır. Prandtl sayısı 0,70 sabit kalırken, Reynolds sayısı 2.000 ile 11.000 arasında değiştirilmiştir. Nusselt sayısı, Colburn faktörü, sürtünme faktörü ve ısı geçişi iyileştirme performansı Reynolds sayısına bağlı olarak verilmiştir.Dalgalı yüzeyli geometrinin ve kanal yüksekliğinin etkileri ele alınmıştır. Deneysel ve sayısal sonuçlar arasında en iyi uyum SST modeli ile sağlanırken, en çok hata ise realize edilebilir k-ε modelden elde edilmiştir.
Computational Investigation of the Velocity and Temperature Fields in Corrugated Heat Exchanger Channels using RANS based Turbulence Models with Experimental Validation
The characteristics of convective heat transfer and friction factor for a periodic corrugated channel extensively used in compact heat exchangers have been investigated numerically. In numerical study Finite Volume Method (FVM) was used. Four different Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) based turbulent models, namely the realizable k-ε, k-ω, Shear Stress Transport (SST) and transition SST models are used and compared with each other within RANS formulation. Experimental results which are get from previous study used for validation the numerical results. Studies were conducted for air flow conditions where contact angle is 30°. The Reynolds number is varied from 2.000 to 11.000, while keeping the Prandtl number constant at 0,70. Nusselt number, Colburn factor, friction factor, and goodness factor against Reynolds number have been studied. The effects of the corrugation geometry and channel height have been discussed. The best agreement with the experimental data is provided by the SST model, whereas the least accurate results are obtained by the realizable k-ε model.
___
- KAYNAKÇA Webb, R. L., “Principles Of Enhances Heat Transfer”, Wiley, New York, 1994. Kuppan, T., “Heat Exchanger Desing Handbook”, Marcel Dekker Inc., New York, 2000. Elshafei, E. A. M., Awad, E., El-Negiry, E., Ali, A. G., “Heat Transfer And Pressure Drop In Corrugated Channels”, Energy, Cilt 35, Sayfa 101-110, 2010. Sparrow, E. M., Hossfeld, L. M., “Effect Of Rounding Of Protruding Edges On Heat Transfer And Pressure Drop In A Duct”, International Journal Of Heat And Mass Transfer, Cilt 27, Sayfa 1715-1723, 1984. Synder, B., Li, K. T., Wirtz, R. A., “Heat Transfer Enhancement In A Serpentine Channel”, International Journal Of Heat And Mass Transfer, Cilt 36, Sayfa 1965-2976, 1983. Bi̇len, K., Çeti̇n, M., Gül, H., Balta, T., “The Investigation Of Groove Geometry Effect On Heat Transfer For Internally Grooved Tubes”, Applied Thermal Engineering, Cilt 29, Sayfa 753-761, 2009. Nilpueng, K., Wongwises, S., “Flow Pattern And Pressure Drop Of Vertical Upward Gas Liquid Flow In Sinusoidal Wavy Channels”, Experimental Thermal And Fluid Sence, Cilt 30, Sayfa 523-534, 2006. Ciofalo, M., Stasiek, J., Collins, M. W., “Flow And Heat Transfer In Corrugated Passages: Direct And Large Eddy Simulation And Comparison With Experimental Results”, Proc Of 2nd International Symposiums On Engineering Turbulence Modelling And Measurements, Floransa, İtalya, Sayfa 283-292, 1993. Zhang, G., Tian, M., “Simulation And Analysis Of Flow Pattern In Cross-Corrugated Plate Heat Exchangers”, Journal Of Hydrodynamics, Ser. B., Cilt 18, Sayı 5, Sayfa 547-551, 2006. Eimsa-Ard, S., Promvonge, P., “Numerical Study On Heat Transfer Of Turbulent Channel Flow Over Periodic Grooves”, International Communications In Heat And Mass Transfer, Cilt 35, Sayfa 844-852, 2008. Zhang, L., Chen, Z., “Convective Heat Transfer In Cross-Corrugated Triangular Ducts Under Uniform Heat Flux Boundary Conditions”, International Journal Of Heat And Mass Transfer, Cilt 54, Sayı 597-605, 2011. Liu, X. P., Niu, J. l., “Effects Of Geometrical Parameters On The Thermohydraulic Characteristics Of Periodic Cross-Corrugated Channels”, International Journal Of Heat And Mass Transfer, Cilt 84, Sayı 542-549, 2015. Mirzaei, M., Sohankar, A., Davidson, L., Innings, F., “Large Eddy Simulation Of The Flow And Heat Transfer In A Half-Corrugated Channel With Various Wave Amplitudes”, International Journal Of Heat And Mass Transfer, Cilt 76, Sayfa 432-446, 2014. Artemov, V. İ., Minko, K. B., Yan’kov, G. G., “Numerical Simulation Of Fluid Flow In An Annular Channel With Outer Transversally Corrugated Wall”, International Journal Of Heat And Mass Transfer, Cilt 90, Sayfa 743-751, 2015. Benim, A. C., Çağan, M., Gunes, D., “Computational Analysis Of Transient Heat Transfer In Turbulent Pipe Flow”, International Journal Of Thermal Sciences, Cilt 43, Sayfa 725-732, 2004. Benim, A. C., Özkan, K., Çağan, M., “Computational Investigation Of Turbulent Jet Impinging Onto Rotating Disk”, International Journal Of Numerical Methods For Heat&Fluid Flow, Cilt 17, Sayı 3, Sayfa 284-301, 2007. Benim, A. C., Chattopadhyay, H., Nahavandi, A., “Computational Analysis Of Turbulent Forced Convection In A Channel With A Triangular Prism”, International Journal Of Thermal Sciences, Cilt 50, Sayı 1973-1983, 2011. Bhutta, M. M. A., Hayat, N, Bashir, M. H., Khan, A. R., Ahmad, K. N., Khan, S., “CFD Applications In Various Heat Exchangers Design: A Review”, Applied Thermal Engineering, Cilt 32, Sayfa 1-12, 2012. Aslan, E., Taymaz, İ., İslamoğlu, Y., “Finite Volume Simulation For Convective Heat Transfer In Wavy Channels”, Heat Mass Transfer, Cilt 52, Sayı 3, Sayfa 483-497, 2016. Ansys-Fluent, Ansys-Fluent 14.5 User’s Guide, Ansys Inc., Canonsburg, Pa, 2012. Shih, T. H., Liou, W. W., Shabbir, A., Yang, Z., Zhu, J., “A New K-Ε Eddy Viscosity Model For High Reynolds Number Turbulence Flow-Model Development And Validation”, Computers&Fluids, Cilt 24, Sayı 3, Sayfa 227-239, 1995. Launder, B. E., Spalding, D. B., “The Numerical Computation Of Turbulence Flows”, Computer Methods In Applied Mechanics And Engineering, Cilt 3, Sayı 2, Sayfa 269-289, 1974. Wilcox, D. C., “Turbulence Modelling For CFD”, DCW Industries Inc., California, 1998. Menter, F. R., “Two Equation Eddy Viscosity Turbulence Models For Engineering”, AIAA Journal, Cilt 32, Sayı 8, Sayfa 1598-1695, 1994. Menter, F. R., Kuntz, M., Langtry, R., “Ten Years Of Experience With The SST Turbulence Model”, Turbulence Heat And Mass Transfer, Cilt 4, Sayfa 625-632, 2003. Menter, F. R., Langtry, R. B., Likki, S. R., Suzen, Y. B., Huang, P. G., Volker, S. A. “Correlation Based Transition Model Using Local Variables Part 1-Model Formulation”, Journal Of Turbomachinery, Cilt 128, Sayı 3, Sayfa 413-422, 2006.
- ISSN: 1300-3399
- Yayın Aralığı: Yılda 6 Sayı
- Başlangıç: 1993
- Yayıncı: TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI
Sayıdaki Diğer Makaleler
Mustafa ARAZ, Arif HEPBAŞLI, Emrah BIYIK, Mehdi SHAHRESTANI, Runming YAO, Emmanuel ESSAH, Li SHAO, Armando C. OLIVEIRA, Teodosio DEL CANO, Elena RICO, Juan Luis LECHON
Boru Destek Sistemleri Tasarımı
Özgün ÖZER, Dilek KUMLUTAŞ, Utku Alp YÜCEKAYA
Erman ASLAN, İmdat TAYMAZ, Yaşar İSLAMOĞLU, İ. Cem PARMAKSIZOĞLU, Mardiros ENGİN, İlkay ÇOLPAN, Gökhan KARABAŞ, Güven ÖZÇELİK