Heat transfer
81 theses under this subject heading
Periyodik daralan–genişleyen mini kanalda kaynama davranışının incelenmesi
Mühendislik uygulamaları içerisinde özellikle soğutma sistemlerinin gelişmesine bağlı olarak mini kanallarda ısı transferi ve iki fazlı akış incelemeleri büyük oranda güncelliğini korumaktadır. Mini kanallarda iki fazlı akışın kontrolü optimum şartlarda ve boyutlarda daha etkin bir sistemin tasarlanması için büyük bir öneme sahiptir. Tek ve iki fazlı akışlarda ısı transferinin iyileştirilmesi aktif ve pasif olmak üzere iki yöntem ile sağlanmaktadır. Bu çalışmada kanal geometrisi periyodik olarak daralan – genişleyen dikdörtgen bir mini kanalda kaynama incelenmiştir. Çalışma akışkanı olarak R-134a kullanılmıştır. Mini kanallar H/R=1 (düz), H/R=0,8 ve H/R=0,5 üç farklı tipte olacak şekilde imal edilmiştir. Mini kanal hidrolik çapı (Dh)1,83 mm' dir. Deneyler, soğutucu akışkanın üç farklı kütle akılarında (G=100 – 200 – 400 kg/m2s), ısı akısının (q) 0 – 180 kW/m2 aralığında gerçekleştirilmiştir. Çalışma basıncı 3 ve 4 bar olarak sabitlenmiştir. Deneyler boyunca soğutucu akışkanın mini kanala giriş sıcaklığı -1°C de sabit tutulmuştur. Sıcaklık ve basınç ölçümleri ile eş zamanlı olarak akış kaynaması rejimleri yüksek hızlı kamera ile görselleştirilmiştir. Deneysel bulgularda ısıtma yüzey alanının kaynama olayında önemli bir etkiye sahip olduğu, daralan – genişleyen kanal geometrisinde maksimum ısı transfer yüzey alanında minimum direnç boyunun etkin olduğu, yüksek soğutucu akışkan debilerinde ısı taşınım katsayısının yüksek ancak çıkış kuruluk derecesinin düşük olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: mini kanal, kaynama, daralan genişleyen kanal, R-134a
Farklı alüminyum köpük alıcıları ile çapraz ve jet akışının deneysel olarak incelenmesi
Bu çalışmada, çarpmalı akışkan jet ve çapraz akışın birleşmesiyle, dikdörtgen bir kanal içerisine yerleştirilmiş olan metal köpük malzemelerin etkisiyle yüzey üzerindeki ısı transferi deneysel olarak incelenmiştir. Isı transferinin, çapraz akış ve jet akış ile 5 PPI, 10 PPI ve 20 PPI'lardaki metal köpükler kullanılarak ısı transferi deneysel olarak incelenmiştir. Farklı Reynolds sayıları ve kanal yüksekliği- jet hidrolik çapı (H/d) oranları için irdelenmiştir. Bu deney düzeneğinin tasarımını yaparken Solidworks programı kullanılarak katı modellemesi yapılmıştır. Sonuç olarak; çapraz ve jet akış ile farklı farklı PPI' lardaki metal köpükler birlikte kullanılarak; karşılaşma bölgesindeki alanın sıcaklığını azaltma etkileri araştırılmıştır. Re sayısının artması ile ısı transferinin artış gösterdiği, kanal yüksekliğindeki azalmanın yerel Nu sayısında belirgin bir artışa sebep olmadığı tespit edilmiştir.
Spiral mini kanallı evaporatör tasarımı ve analizi
Bu tez çalışmasında, gövde içerinde spiral mini kanallar içeren disklerden oluşturulmuş evaporatör tasarlanmış ve bu ısı değiştiricinin ısıl analizi gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan ısı değiştiricisi Spiral Mini Kanallı Evaporatör (SMKE) olarak adlandırılmıştır. Disk üzerinde oluşturulan mini kanallar tek girişli ve üç girişli olarak tasarlanmıştır. Gövde içerisinde spiral kanalların bulunduğu beş adet disk yer almaktadır. Disklerin her iki yüzeyine açılan mini kanallar ile akışkan, disk üzerinden iki kez geçebilmektedir. Diskler arasındaki akış, mini kanalların giriş ve çıkışlarına yerleştirilen rakor bağlantı elemanları ile sağlanmıştır. Disk üzerinde tek ve üç geçişli akış şartları karşılaştırılmıştır. Çalışma akışkanı olarak gövde içerisinde su, mini kanal içerisinde ise R134a kullanılmıştır. Çalışma basıncı 4, 4,5 ve 5 bar olarak seçilmiştir. Soğuk akışkan giriş sıcaklığı yaklaşık olarak 0°C, -3°C ve -6°C olarak belirlenmiştir. Deneyler üç farklı kütle akısında (150 kg/m²s, 200 kg/m²s ve 250 kg/m²s) gerçekleştirilmiştir. Gövde tarafında sıcak su giriş sıcaklığı 10,5°C ve 11,5°C arasında değişmektedir. Elde edilen verilere göre; spiral disk giriş sayısı arttıkça etkinlik artmaktadır. Mini kanal giriş sayısının artması aynı debide ancak daha düşük akışkan hızında akışın gerçekleşmesine neden olmaktadır. Bu durum ısı transferinde artış ile sonuçlanmaktadır.
Heat transfer enhancement in a tube by variable cross section twisted tape
In this thesis, a numerical study is conducted to investigate the influence of spherical-shaped and teardrop-shaped patterned walls of twisted tapes on thermo-hydraulic performance enhancement. All patterned twisted tapes were investigated by using Ansys Fluent under a constant heat flux of 5 W/cm2 for Reynolds numbers (Re) within the range of 3000 – 27000. Besides, they have different pattern numbers (0, 30, and 45) and three different kinds of arrangement (composed of only dimples, only protrusions, and a combination of dimples and protrusions) with a constant twist ratio of 3. Furthermore, the configurations of teardrop patterned twisted tapes align in two different flow directions. The results show that the dense spherical dimpled-protruded twisted tape (D-DPT) and the dense teardrop dimpled-protruded twisted tape (D-TDP) reach the highest thermal performance factor (TPF) values of 1.508 and 1.517, respectively at Re=3000. All patterned twisted tapes have higher Nusselt number (Nu) values than traditional twisted tape (TT) in the tested Re region. Moreover, all dense versions of them have higher Nu and friction factor (f) than those of their sparse versions.
Investigation of thermal performance of a ground coupled carbonated soft drink cooling system with an underground thermal energy storage tank
This study investigates the thermal performance of a ground coupled carbonated soft drink cooling system with an underground thermal energy storage tank. The system is composed of three main components: a chiller unit, a thermal energy storage (TES) tank, and a syrup room to be cooled. An analytical model was developed to determine the thermal performance parameters of the system using Duhamel's superposition and dimensionless variables to solve the transient heat transfer problem around the TES tank. The analytical model includes energy expressions for the main components as well as a solution to the heat transfer problem surrounding the TES tank. The hourly temperature variation of water in the TES tank and other performance parameters, such as Coefficient of Performance (COP), are calculated. To do this, a simulation model was developed using MATLAB software. The study investigated the effect of various system parameters such as the size of the underground thermal energy storage tank, soil type, and Carnot factor on the thermal performance of the system. The findings reveal that granite is the most efficient type of soil for the cooling process and that COP increases with increasing Carnot Factor and tank size. The results indicate that the ground coupled carbonated soft drink cooling system with an underground thermal energy storage tank is a feasible and energy-efficient solution for providing cooling for carbonated soft drinks. The system has the potential to reduce energy consumption and greenhouse gas emissions associated with traditional cooling systems.
Gemi ıslak alanının ısı değiştirici olarak kullanılmasına yönelik sayısal ve analitik inceleme
Son zamanlarda enerji verimliliğine verilen önem gemi inşaat sektöründe de derinden görülmektedir. Gemi ana makinelerinde enerji ve maliyet düşürücü birçok önlem uygulanmaktadır. Bu uygulamaların en temel olanları emisyon düşürücü ve ısıl önlemlerdir. Bilindiği gibi enerjinin en kalitesiz formu ısı enerjisidir. Mekanik veya kimyasal enerjinin ısı enerjisine dönüşmesi tüm proseslerde kaçınılmazdır. Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılması için etkin ısıl yönetime ihtiyaç duyulmaktadır.Bu çalışmada gemi ana makine ceket suyu soğutması için mevcut deniz suyu soğutma devresi haricinde bir konsept tasarlanmakta ve böylelikle bu ısıl yönetim daha etkin bir şekilde sağlanmaktadır. Deniz suyu devresinin bertaraf edilmesi hem kurulum ve bakım-tutum maliyeti hem de devrenin canlı kalması için harcanacak enerjiden tasarruf edilmesini sağlamaktadır. Çalışmada modelin CFD ve analitik yönlemlerle simulasyonu yapılmakta, 5.14 m/s, 2.57 m/s , 0.1028 m/s gemi hızlarında ve deniz suyu 0 ile 40 C arasında 9 sıcaklık değerinde değiştirilerek sonuçlar elde edilmiş bu sonuçlar analitik sonuçlarla kıyaslanmıştır. Sonuç olarak bu konseptin istenilen soğutma yükünü karşılayabildiği görülmüştür.
Değişik kaynak ağız formlarında ısı tesiri altındaki bölgenin ( ITAB ) bilgisayar simülasyon yöntemiyle 3-boyutlu olarak belirlenmesi
-VI- ÖZ Kaynak bölgesindeki sıcaklık dağılımı ve değişimi üzerine yapılan çalışmalar, metal bir yüzey üzerinde noktasal bir ısı kaynağının hareketi dikkate alınarak incelenmiştir. Gerçekte ise kaynak agızı içerisine sıcak metal ilavesi olmakta ve ısı sadece metal yüzeyinden verilmemiş olup arada kalan kaynak metalinden ana parçaya ve ortama yayılmaktadır. Bu çalışmada X-V-Y-K ve I kaynak agızı formlarının kaynak dikişi civarında oluşan Işı Tesiri Altındaki Bölgenin (ITAB) oluşumuna etkisi incelenmiştir. Isının iletimle malzeme içerisinden, bütün yüzeylerden ortama ise ışıma ve konveksiyonla olduğu dikkate alınarak sonlu farklar metodu kullanılmıştır. ITAB'nin sınırını belirten izoterm eğrilerinin konumu, sıcak bölgenin etkisiyle malzemede 700°C sıcaklığa ulaşan kaynak ağız formundan en uzak noktaların yeri olarak belirlenmiştir. K ağız formu hariç diğer ağız formlarında kaynak banyosunun ortasından geçen düşey eksene göre sag ve solda simetrik bir ITAB dağılımı görülmüştür. Bu simetrik ITAB dağılımı X-V-Y ve I ağız formlarının düşey eksene göre simetrik olmasından kaynaklanmaktadır. Maksimum ITAB büyüklüğü X ağız formunun ortasından geçen yatay eksen üzerinde görülmüş ve değeri 1.611mm dir. Kaynak istikameti boyunca ITAB da büyüme olduğu gözlenmiştir. Bu büyüme kaynağa başlama ve bitim noktalarına yaklaştıkça küçülmektedir. Bütün ağız formlarında malzeme yüzeylerine yaklaştıkça ITAB' m küçüldüğü görülmüştür.
Çeşitli kesit alanlı kanallarda gelişmekte olan akışta ısı transferinin numerik hesaplanması
Bu çalışmada, çeşitli kesit alanlı kanallarda dört ayrı laminar akış türünde (HGA, TGA, HTGA ve GA) ısı transferi katsayısı çeşitli sınır şartlarında (Sabit duvar sıcaklığı ve sabit ısı akımı) nümerik olarak hesaplanmıştır. Kanallarda ısı transferinin hesaplanması için Navier-Stokes ve enerji denkleminin birlikte çözülmesi gerekir. Hidrodinamik olarak gelişmekte olan akışta (HGA) Navier-Stokes denklemi çeşitli kanallarda çözülerek hız dağılımları, basınç kayıpları, sürtünme katsayıları ve giriş bölgesi ek basınç kayıp katsayıları bulunmuştur. Bulunan hız dağılımları enerji denklemine taşınarak sıcaklık dağılımları, ortalama ve yerel Nusselt sayılan hesaplanmıştır. Diferansiyel denklemlerin çözümünde sayısal metodlardan değişken adımlı sonlu farklar metodu kullanılmıştır. Sonlu farklar metodunun kanal bölgesine uygulanmasında bazı zorluklar meydana gelmiştir. Özellikle bu zorluklar koordinat sistemine göre düzgün geometriye sahip olmayan kanallarda duvara yakın bölgelerdeki noktalarda ortaya çıkmıştır. Buralarda adım uzunluklarının eşit olmaması türev ve integral işlemlerinde sıkıntılara yol açmıştır. Duvara yakın bölgelerde adım uzunluklarının eşit olmaması, türev büyüklüklerinin yeniden oluşturulmasını gerektirmektedir. Bu durum diferansiyel denklemlerin sistematik çözümünü engellemektedir. Bu gibi zorluklan ortadan kaldırmak için kanal bölgesine koordinat transformasyonu yöntemi uygulanmıştır. Bu yöntemle kanal geometrisi kare biçimine getirilmekte ve yeni koordinat sistemine geçilmektedir. Koordinat transformasyonundan sonra kare biçimine getirilen kanal geometrisine sonlu farklar metodunun uygulaması kolaylaşmaktadır. Aynı zamanda türev ve integral işlemleri rahatlıkla yapılabilmektedir. Bilindiği gibi, diferansiyel denklemlerin çözümlerinin istenilen hassasiyette olabilmesi için adım saydamım yeterince yüksek alınması gerekmektedir. Bu durumda adım sayısının yüksek alınması işlem yükünü artırmakta ve hesaplama süresi de uzamaktadır. Bu olumsuz durumu önlemek için duvara yakın yerlerde nokta yoğunluğu artırılan bir sistem düşünülmüştür. Bu sistemde adım uzunluklarına bağlı olarak sıklık derecesi adında bir sayı tanımlanmış olup, sıklık derecesi ile kanaldaki-100- nokta yoğuluğu istenildiği gibi ayarlanmaktadır. Sıklık derecesi birden büyük seçildiğinde nokta yoğunluğu duvara yaklaşmakta, birden küçük seçildiğinde ise duvardan uzaklaşmaktadır. Dolayısıyla herhangi bir noktadaki adım uzunlukları eşit olmamaktadır. Adım uzunluklarının eşit olmaması nedeniyle, türev büyüklükleri ve integral formülleri değişken adım uzunluğunda yeniden çıkarılmıştır. Farklı adımlarda çıkardan türev büyüklükleri diferansiyel denklemlerde yerine yazılarak sonlu farklar eşitliği elde edilmiştir. Diferansiyel denklemin çözümünün stabil olabilmesini sağlamak için implisit yöntem kullanılmıştır. Bu yöntemle diferansiyel denklemin daha hızlı yakınsaması sağlanabilmektedir. Bu yöntemde bilinenler düzleminin (1-|3) katı bilinmeyenler düzleminin 3 katı alınarak sonlu farklar eşitliği yeniden oluşturulmuştur. |3 katsayısı 0 ile 1 arasında değişen sabit bir sayı olup, P=0.5 Crank-Nicholson yöntemi olarak adlandırılmaktadır. Yapılan hesaplamalarda P=0.75 olarak alınmıştır. Sonlu farklar eşitliği başlangıç ve sınır şartlan altında yeni koordinatlarda meydana getirilen ağ sistemine uygulanarak lineer denklem takımı oluşturulmuştur. Bant genişliği 9 ve bol sıfırlı katsayısılar matrisine sahip olan lineer denklem takımının çözümü dolaylı metodlardan Gaus-Seidel iterasyon metodu ile yapılmıştır. Navier-Stokes denkleminin çözümünden elde edilen hızlar (u,v,w) her Az adımda matrislerde depolanarak sonradan kullanılmak üzere dosyalarda saklanmaktadır. Enerji denkleminin çözümü Navier-Stokes denkleminde olduğu gibi aynı metotla çözülmüştür. Hidrodinamik ve termik olarak gelişmekte olan akışta (HTGA) enerji denkleminin çözümü ile kanal kesitindeki sıcaklık dağılımları, ortalama sıcaklık, ortalama ve yerel Nusselt sayıları hesaplanmıştır. Aynı zamanda enerji denklemi çeşitli Prandtl sayılarında (Pr=0, 0.7, 5, 20 ve oo) çözülmüştür. Pr=oo çözümü gelişmiş akıştaki hız dağılımı kullanılarak TGA durumundan, Pr=0 çözümü ise, w*=l alınarak TGA durumundaki çözümden elde edilmiştir.-101- Termik olarak gelişmekte olan akışta (TGA) ısı transferinin hesaplanabilmesi için gelişmiş akışta hız dağılımının bilinmesi gerekir. Bunun için gelişmiş akışta Navier- Stokes denklemi çözülerek hız dağılımları ve gelişmiş akış için biçim faktörleri hesaplanmıştır. Bulunan hız dağılımları kullanılarak TGA durumunda enerji denklemi yardımı ile çeşitli kanallar için (Dikdörtgen, daire, kare, dik üçgen, ikizkenar üçgen ve elips) Nusselt sayılan hesaplanmıştır. Yapılan literatür araştırmasında çeşitli kesit alanlı kanallarda ısı transferini hesaplayacak genel eşitliklere rastlanmamıştır. Termik olarak gelişmekte olan akış durumunda sabit duvar sıcaklığı ve sabit ısı akımı sınır şartı durumlarında ısı transferini hesaplayacak genel eşitlikler çıkarılmıştır. Bu eşitlikler mevcut nümerik ve literatürdeki teorik değerlerle karşılaştırılmış olup, maksimum hata SDS sınır şartında %-8.0/+8.7, SIA sınır şartında ise %-6. 1/+6.4 arasında değişmektedir.
Segman yerleştirilmiş borularda akış ve ısı transferi
-108- OZET Bu çalışmada, segman yerleştirilmiş borularda laminar akışta, akış ve ısı transferi; segmanın cidara yapışık, cidardan ayrık ve eksende olması durumları için incelenmiştir. Navier-Stokes denklemleri çözülerek segmanlı borudaki akım ve girdap fonksiyonları, hız dağılımları, basınç dağılımları, basınç kaybı ve sabit akım çizgileri bulunmuştur. Bulunan hız dağılımları enerji denklemine taşınarak çeşitli Prandtl sayılan için segmanlı borudaki sıcaklık dağılımları ve ortalama Nusselt sayılan hesaplanmıştır. Navier-Stokes ve süreklilik denklemleri; sıkıştınlamaz, Newtonien olan, sabit viskoziteli bir akışkan için silindirik koordinatlarda yazılmıştır. Bu denklemler nümerik olarak hassas neticeler veren akım ve girdap fonksiyonlan cinsinden yazılarak boyutsuz hale getirilmiştir. Elde edilen diferansiyel denklemler, sonlu farklar yöntemlerinden "Alternating Direction Implicit" İmplisit Değişen Yönler metoduyla değişken adımlarda çözülmüştür. Enerji denklemi ise implisit sonlu farklar yöntemi ile değişken adımlarda çözülmüştür. Diferansiyel denklemlerin çözümünün istenilen hassasiyette olabilmesi için adım sayısının yeteri kadar yüksek olması gerekmektedir. Adım sayısının fazla seçilmesi kanal bölgesindeki adım uzunluğunun küçük olmasına, dolayısıyla bilinmeyen nokta sayısının artmasına neden olmaktadır. Bu artış beraberinde işlem yükünü artırdığı gibi, bilgisayar hafızasında bulundurulan bilgi miktannı da artıracaktır. Adım sayısı artınlarak çözüm daha hassas olurken bilgisayann hesaplama süresi de uzamaktadır. Bu problemleri ortadan kaldırmak için bilinmeyen nokta sayısını artırmadan hız ve sıcaklık gradyanının hızlı değiştiği boru ve segman cidanna yakın bölgelerde nokta yoğunluğu artınlabilir. Bunun için adım uzunluklan düzenli olarak değiştirilebilen bir yöntem düşünülmüştür. Bu yöntemle, ağ sistemindeki her düğüm noktasında adım uzunluklan oranının sabit olması sağlanmıştır. Bu oran sıklık derecesi olarak tanımlanmış olup, istenildiği gibi değiştirilebilmektedir. Bu-109- durumda kanal bölgesindeki ağ sisteminde adım uzunlukları eşit uzunlukta olmayıp, farklı adımlardan meydana gelmektedir. Adım uzunluklarının eşit olmaması nedeniyle türev büyüklükleri ve integral formülleri değişken adım uzunluğunda yeniden çıkarılmıştır. Farklı adımlarda çıkarılan türev büyüklükleri diferansiyel denklemlerde yerine yazılarak sonlu farklar eşitliği elde edilmiştir. Diferansiyel denklemin çözümünün stabil olabilmesini sağlamak için implisit yöntem kullanılmıştır. Bu yöntemle diferansiyel denklemin çözümünün daha hızlı yakınsaması sağlanabilmektedir. Bu yöntemde bilinmeyenler düzleminin a katı bilinenler düzleminin (1-a) katı alınarak sonlu farklar eşitliği yeniden oluşturulmuştur, a katsayısı 0 ile 1 arasında değişen sabit bir sayı olup, a =0.5 Crank- Nicholson yöntemi olarak adlandırılmaktadır. Yapılan hesaplamalarda o =0.75 olarak alınmıştır. Sonlu farklar eşitliği başlangıç ve sınır şartlan altında bütün düğüm noktalarına uygulanarak lineer denklem takımı oluşturulmuştur. Sonlu farklar yöntemlerinden implisit Değişen Yönler Metodu kullanıldığından dolayı lineer denklem takımının bant genişliği 3 olmaktadır. Bant matris genişliği 3 olduğundan çözüm daha basite indirgenmiş olur. Lineer denklem takımı Gaus-Eliminasyon yöntemiyle çözülmüştür. Navier-Stokes denklemlerinin çözümünden elde edilen hızlar (u,v ) matrislerde depolanarak sonradan enerji denkleminin çözümünde kullanılmak üzere dosyalarda saklanmaktadır. Enerji denklemi değişken adımlı implisit sonlu farklar yöntemi kullanılarak çözülmüştür. Enerji denkleminin çeşitli Prandtl sayılarında (Pr=l, 10, 100) çözümü ile segmanlı borudaki sıcaklık dağılımları ve ortalama Nusselt sayılan elde edilmiştir.
Gaz yakıt oksijen ön karışımlı alevlerinden ısı geçişinin ve bu alevlerin ısıl etkinliklerinin kıyaslanması
Bu çalışmada gaz yakıt-oksijen alevleri ısı geçişi ve yanma hızları açısından incelenmiştir. Alevleri ısı geçişi ve ısıl işlemlerdeki etkinlik açısından kıyaslamak için, bu alevlerin değişik malzemelerden yapılmış çubukları kesme süre]eri ölçülmüştür. Bir alev bir çubuğu ne kadar hızlı kesiyorsa, ısı geçişinin o kadar iyi o1duğu ve bu alevin tün ısıl işlemlerde o kadar etkin olduğu- görülmüştür . Çalışmalarda yakıt olarak doğal gaz, asetilen, propan, bütan gazları kullanılmıştır. Kullanılan malzemeler ise alüminyum, pirinç Ve cam çubuklardır. Brülörün yakıt debilerine etkisi ise hamlaç kollarını değiştirerek incelenmiştir. Ekivalans oranındaki değişim oksijen gazı oranındaki değişme ile sağlanmış ve oksijen gazının kesme süresine etkisi görülmeye çalışılmıştır. Alüminyum, pirinç çubukların minimum kesim oranı stokiometrik değerinden biraz daha yüksek olan bölgede (ɸ:0.85), cam çubukların ise oksijen oranı stokiometrik değerine eşit olduğu bölgede (ɸ=1) bulunmuştur. Yanma hızlarının sistematik incelenmesinden en yüksek yanma hızı asetilen gazında görülmüştür. Diğer gazlar azalan yanma bakımından doğal gaz, bütan, propan gazları şeklinde sıra]anmıştır. Malzeme kesiminde harcanan enerjiler göz önüne alınırsa en az enerji harcaması. asetilen gazı kullanımında olmaktadır. Bunu sırasıyla. bütan, propan ve doğal gazın oksijen gazı ile verdikleri alevler iz1emektedir. Gaz yakıt-oksijen alev]eri için çubukları kesme süresinde harcanan sırasındaki yakıt ve oksijen maliyetinin her türlü ısıl işlem maliyet ile orantılı olduğu düşünülmüştür. En ucuz yakıt gazı doğal gaz, en pahalısı ise asetilen gazı olmasına rağmen toplam harcamayı ası1 etkileyen faktör -oksijen gazı tüketimi ve fiyatıdır. Bu durumda da en pahal1 kesilme asetilen-oksijen aleviyle olmaktadır. Diğer yakıtlar azalan maliyet açısından asetilen, propan, bütan, LPG, doğal gaz biçiminde sıralanmaktadır.
Delta kanatçık tipi vorteks üretici üzerinde yapılan geometrik modifikasyonların ısı transferine etkisinin deneysel araştırılması
Bu çalışmada; uzunlamasına vorteks üretici olarak literatürde sıklıkla kullanılan kanatçık tipi vorteks üretici, delta kanatçık, DW, üzerinde yapılan geometrik modifikasyonların ve vorteks üretici blokaj oranının dikdörtgen kesitli kanalda ısı transferine etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. Boş kanal ve içinde vorteks üretici bulunan kanala ait ısıl performans analizi yapmak; akışkan ve bakır plaka yüzey sıcaklıkları, akışkan hızı ve test bölgesi boyunca olan basınç düşüşü ölçülerek gerekli boyutlu ve boyutsuz sayılar hesaplanarak sonuçlar grafik halinde verilmiştir. İlk önce düz delta kanatçık çifti, DWP common-flow-up, CFU ve common-flow-down, CFD düzeninde yerleştirilmiş ve yapılan deneyler sonucunda CFU düzenin ısıl performansının daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Daha sonra düz DWP üzerinde; bir tane küçük, iki tane küçük ve bir tane büyük DW'ler oluşturulmuştur. Yapılan bu modifikasyonlar sonucunda düz DWP'ye göre daha küçük sürtünme faktörü, f değerleri elde edilmiştir. Fakat Nusselt sayısında Nu, ise düz DWP'ye göre yüksek Nusselt sayıları elde edilememiştir. Daha sonra, düz DWP ile dört farklı blokaj oranı, BR= 0.833, 0.667, 0.50 ve 0.333 için CFU düzeninde deneyler de yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre blokaj oranı arttıkça, daha güçlü vortekslerin oluşması sonucu daha yüksek Nu sayıları elde edilmiştir. Ön bakış alanın artması sonucu akışa karşı oluşan direncin artması ile de f değerlerinde artış olmuştur. Isıl iyileşme noktasında en yüksek TEF değeri BR= 0.667 için belirlenmiştir. Bu çalışmada ayrıca en yüksek blokaj oranına sahip düz DW ikiye bölünmüş, bir çift BR= 0.50 olan DW ve bir çift trapezoidal vorteks üretici elde edilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda küçük Reynolds sayılarında en yüksek TEF= 1.19 olarak elde edilmiştir.
Yeni tip vorteks üretici ile ısı transferinin arttırılmasının sayısal ve deneysel araştırılması
Bu çalışmada; yeni tip konik yüzeyli vorteks üreticinin, KYVÜ, dikdörtgen kesitli kanalda ısıl performansının ve yerleşim düzenin ısı transferine etkileri deneysel ve sayısal olarak araştırılmıştır. Vorteks üreticilerin ısıl performansları akış alanı içerisindeki pozisyonlarına oldukça bağlıdır. Bu nedenle KYVÜ ısıl performansı, farklı hücum açıları (α), kanat açıları (β) ve ölçeklendirme oranları (S) açısından geniş bir Reynolds sayısı aralığında araştırılmıştır. Ayrıca KYVÜ'ler, tüm test bölgesi boyunca düz sıralı ve şaşırtmalı yerleşim düzeninde yerleştirilmiş ve deneyler yapılmıştır. Oluşan uzunlamasına vorteks akış yapısı, akışkan hız dağılımları ve sıcaklık dağılımları yapılan sayısal çalışma ile görselleştirilmiştir. Sayısal çalışmalar ANSYS Fluent 2020 R2 paket programı kullanılarak yürütülmüştür. Sayısal çalışmalar deneysel sınır şartları altında gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada KYVÜ ısıl performansının belirlenmesi için deneyler yapılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda en yüksek ısıl iyileşme faktörünün, TEF, ulaşıldığı optimum hücum açısı, kanat açısı ve ölçeklendirme oranı sırası ile α=37.5°, β=30° ve S=1:1 olarak belirlenmiştir. Bu deneysel aşamada, en yüksek TEF değeri ise Re=5000'de TEF=1.316 olarak elde edilmiştir. Bir sonraki deneysel aşamada KYVÜ'ler, sabit optimum geometrik parametreleri altında test bölgesi boyunca iki vorteks üretici sırası arasındaki mesafenin kanal yüksekliğine oranı olan uzunlamasına periyod oranlarında, PR =1,5, 2, 3 ve 5 ve düz sıralı yerleşim düzeninde, DSYD, konumlandırılarak vorteks üretici, dizilim deneyleri gerçekleştirilmiştir. En yüksek TEF değerinin elde edildiği uzunlamasına periyod oranı, PR=2 olarak belirlenmiş ve Re=5000'de en yüksek TEF=1.43 olarak elde edilmiştir. Son aşamada, KYVÜ'ler optimum geometrik parametre seviyeleri ve PR=2'lik periyod oranı sabit tutularak şaşırtmalı yerleşim düzeninde, ŞYD konumlandırılmıştır. Re=5000-25000 aralığında DSYD'nin ŞYD'ye göre ısıl performans açısından daha etkili olduğu, buna karşın ŞYD'nin DSYD'ye göre daha yüksek Darcy sürtünme faktörü, f, değerlerine ulaşılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda DSYD ve ŞYD altındaki KYVÜ'ler için Re=5000'de en yüksek TEF değerleri sırası ile TEF=1.43 ve TEF=1.38 seviyelerinde elde edilmiştir.
Spiral boru akışında türbülatör ve nano akışkan kullanımının ısı transferine etkisinin incelenmesi
Bu tez çalışmada; düz, sarmal ve türbülatörlü (düz, 10, 50 ve 100 devirlik) sarmal olmak üzere 6 farklı ısı tüpünün termo-akış davranışları sayısal olarak incelendi. İş akışkanı olarak su ve dört farklı nano akışkanlar (Su-Al2O3, Su-TiO2, Su-Fe2O3, Su-CuO) kullanılarak akışkanların ısı transferine etkisi araştırıldı. Spiral boru içerisine türbülatör yerleştirilmesinin ve türbülatör devrinin artırılmasının ısı transferine olan etkisi araştırıldı. Nano akışkanların yüzde yoğunluğu %3'tür. Düz, spiral ve türbülatörlü sarmal boruların çizim SolidWorks 2023 programı ile gerçekleştirildi ve ANSYS 20 R2 ortamına aktarıldı. Düz, spiral ve türbülatörlü sarmal boruların uzunluğu 3 777 m ve çapı 17 mm dir. Düz, spiral ve türbülatörlü sarmal boruların hesaplamalı akış dinamik modellemesi ANSYS 20 R2 programı ile gerçekleştirildi. Sayısal çalışma için iyileştirilmiş duvar fonksiyonlarında türbülanslı kinetik enerji - dağılım (k-ε) modeli kullanıldı. Geçerli eşitliklerin çözümü için ayrık sonlu hacim yöntemi kullanıldı. Çalışmada, türbülanslı ve laminer akışta ısı transferi koşulları dikkate alınarak akış ve ısı transferi analizleri yapıldı. Reynold sayısı, farklı nano akışkanlar, akış düzenlemeleri, türbülatörlerin devirleri vb. gibi önemli tasarım parametrelerinin etkisi esas ilgi konusuydu. Sonuçlar farklı Reynold sayısı aralıklarında su için (3000 - 40000), nano akışkanlar için (2000 - 40 000) gerçekleştirildi. Çalışma tüm boru tiplerinde 35 ℃ sabit duvar sıcaklığında gerçekleştirildi. Su ve nanoakışkanların 6 farklı boruda hız, basınç ve sıcaklık konturları oluşturuldu. Su ve nanoakışkanların 6 farklı boruda hız, basınç ve sıcaklık değerleri karşılaştırıldı. Su ve nano akışkanların 6 farklı boruda Nusselt sayısı (Nu), ısı transfer katsayısı(h), sürtünme faktörü (f), çıkış sıcaklığı (To) değerleri bulunarak bu 6 farklı boru için karşılaştırıldı. Reynolds sayısının artmasıyla tüm akışkanlar ve tüm boru tipleri için Nusselt sayılarının ve ısı taşınım katsayılarının arttığı, sürtünme faktörü ve çıkış sıcaklığı değerlerinin ise azaldığı bulundu. Su ve tüm nano akışkanları için spiral borunun diğer borulardan daha fazla ısı transferi ve basınç düşüşü sağladığı bulundu. Türbülatörün devirlerinin artırılmasının ısı transferine katkı sağlamadığı bulundu. Nanoakışkanlar arasında en yüksek ısı transferini Ti02 sağladığı, en düşük ısı transferini ise CuO nanoakışkanı sağladığı bulundu. Suyun nanoakışkanlardan daha iyi ısı transferi sağladığı bulundu.
Numerical calculation of heat transfer and pressure drop in axially finned in-line and staggered tube bank heat exchangers
Numerical prediction and optimization of fluid flow and heat transfer characteristics of tube bank heat exchangers with axial fins are investigated in this work. Finite volume method is used for solving the governing differential equations numerically. Moreover, Multi-objective Genetic Algorithm II (MOGA-II) is selected to find optimum designs for the optimization study. Unfinned in-line and staggered tube bank configurations are selected from existing studies in literature and validation studies are carried out. Firstly, the effect of axial finning for four different axial and transversal pitch ratios are investigated for in-line and staggered tube banks. Then, numerical optimization of heat and fluid flow over in-line and staggered tube banks for both unfinned and axially finned cases are presented. Optimization problem has two goals which are maximization of total heat transfer from tube bank and minimization of tube bank volume for the given mass flow rate, allowable pressure drop and tube bank effectiveness. As a result, axial fins improve heat transfer for both in-line and staggered tube banks, and volume can be decreased for staggered arrangements.
Konveyörlü bir kurutucuda farklı geometrik şekillere sahip gözenekli yapıların kurutma kinetiğinin sayısal analizi
Bu çalışmada konveyörlü bir kurutucuda sıcak havayla kurutma işleminin sayısal analizi ile ilgili birçok çalışma gerçekleştirilmiş, çalışmalar aşama aşama geliştirilerek kurutma prosesindeki farklı parametrelerin kurutma performansına olan etkileri incelenmiştir. Kurutulan cisimler olarak gıda ürünleri, özellikle sebze ve meyve ürünleri tercih edilmiş, ürünlerin özellikleri ise daha önce gerçekleştirilmiş olan deneysel çalışmalardan alınmıştır. Sayısal çalışmalar iki boyutlu ve üç boyutlu olarak nemli cisimlerin durağan ve hareketli durumları için ele alınmıştır. Zamana bağlı kanal akışında ve gözenekli cisim içinde bütünleşik ısı ve kütle transferi problemi için iki boyutlu ve üç boyutlu durumlarda konvektif kurutma performansı için optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. İlk olarak, iki boyutlu laminer akış koşullarında kanal içerisinde sabit durumdaki nemli gözenekli dikdörtgen şeklindeki cisim ele alınmış, belli kurutma süresi içerisinde farklı kurutma koşulları altında cisim içerisindeki nem kaybının zamanla değişimi gözlenmiştir. Burada değişken parametreler olarak kurutma havası giriş hızı ve sıcaklığı ele alınmıştır. Kurutma işleminin ilk evrelerinde cismin dış yüzeylerinden olan ve özellikle köşelerden olan nem kaybının maksimum düzeyde olduğu görülmüştür. Ayrıca, kanal hava akış yönüne göre ön kısımda kalan yüzey kurutmada nem kaybının en çok yaşandığı yüzey olmuştur. Kurutma havası hızı ve sıcaklığı değerlerinin her ikisinin de artması nem kaybında artışa sebep olmuştur. Çalışmada, kanal içerisine akışı etkileyen döner bir silindir eklenmiş kurutma üzerinde farklı parametrelerle olan etkisi incelenmiştir. Bu çalışmada, döner cismin büyüklüğünün, dönüş yönünün ve kanal içerisindeki konumunun akışı ve kurutma performansını etkilediği görülmüştür. Dairesel cismin dönüş yönüne bağlı olarak kurutulan cismin farklı yüzeylerinde nem kaybı miktarları değişmiştir. Ayrıca silindirin kanal içerisinde kurutulan cisme olan uzaklığı arttıkça kurutmaya etkisi de azalmış, aynı etki silindir küçüldükçe de azalmıştır. Bundan sonra üç boyutlu kanal içerisinde biden fazla kübik cismin kurutulması ele alınmış, cisimlerin birbiri ile arasındaki mesafe ve kanaldaki yerleşim şeklinin etkileri incelenmiştir. Burada da cisimler arası mesafenin artışı ile arkadaki cisimlerdeki nem kaybının fazlalaştığı görülmüştür. Sonraki çalışmalarda, iki boyutlu kanalda cisme hareket eklenmiş ve cismin kurutma kanalı içerisindeki hareketinin de etkisi hava hızı ve sıcaklığının etkisi ile birlikte incelenmiştir. Aynı etki bir sonraki çalışmada üç boyutlu kanal içerisindeki cisimler için de incelenmiştir. Cisme hareket kazandırmanın kurutma performansı üzerinde olumsuz bir etkisi görülmemiştir. Farklı şekilli cisimlerin kurutma performansının incelendiği çalışmada, daire, kare ve üçgen şeklindeki cisimlerin kurutulması sayısal olarak incelenmiştir. Bu çalışmada da özellikle dairesel şeklin kurutulma işleminde daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Aynı çalışmada bu şekil için farklı malzeme özellikleri ile kurutma işlemi incelenmiş, her malzemenin kurutma performansı ortaya konmuştur. Kanal içerisinde farklı kombinasyonlarla kanala yerleştirilen iki eş kare cismin kurutulmasının sayısal olarak incelendiği bir başka çalışmada, cisimler üzerinden olan ısı transferini maksimuma çıkaracak yerleşimi bulmak için bir optimizasyon çalışması yapılmış, kanaldaki cisimlerin birbirlerine olan optimum yatay ve dikey mesafeler elde edilmiştir. Daha sonra kütle transferleri de farklı parametrelerde incelenmiş, maksimum kütle transferinin de optimum aralık değerlerinde olduğu görülmüştür. Benzer bir çalışma daha sonra üç boyutlu kanalda üç kübik eş cisim için yapılmış, kütle transferinin maksimum değeri optimum aralıklarda elde edilmiştir. Optimizasyon çalışmalarında Yapay Sinir Ağları (YSA/ANN) ve Uygun Ortagonal Ayrıklaştırma (UOA/POD) yöntemleri kullanılmıştır. Tez kapsamında yapılan sayısal çalışmalardan elde edilen sonuçlar konvektif kurutmada farklı durumlar için (üç boyutlu kanal, çok sayıda nemli cisim, nemli-gözenekli cisimlerin hareket halinde olması, kanal içinde türbülanslı akış koşulları vb.) etkin parametrelerin kurutma performansına etkisinin ortaya konulmasında ve sonra yapılacak olan deneysel ve sayısal çalışmalarda referans olarak kullanılabilir. Özellikle bu çalışma kapsamında geliştirilen optimizasyon çalışmaları, zamana bağlı üç boyutlu hem kanal içinde hem de gözenekli cisim içinde bütünleşik ısı-akış ve kütle transferi probleminin çözümünde büyük avantaj sağlamakta ve çok sayıda cismin yer aldığı büyük ölçekteki kurutma sistemlerinin modellenmesinde simülasyon zamanını önemli ölçüde kısaltmaktadır.
Nanopartikül şekil etkisinin ve iletken köşe bölmesinin nanoakışkanla dolu bir kavitede doğal taşınıma etkisinin sayısal analizi
Bu tez çalışmasında farklı nanopartikül şekillerine sahip nanoakışkan ile köşe bölmeli kare boşluk içerisinde doğal konveksiyonunun sayısal incelenmesi yapılmıştır. Çalışmada amaçlanan elektronik ekipmanların soğutulması, güneş kollektörleri, gıda, tekstil ve kimya endüstrisi gibi termal mühendislik uygulama alanı olan konularda ısı ve akış özelliklerini etkilemek; ısı transfer miktarını mevcutta kullanılan pasif yöntemler ile iyileştirmektir. Özellikle son yıllarda ısı transferi akışkanında kullanımı yaygınlaşan nanopartiküllerin eklenmesi, nanoteknolojinin termal mühendislik problemlerine uygulanması yaygınlaşmıştır. Bu çalışma kapsamında nanopartikül temel ısı transfer akışkanı olan suya eklenmiştir. Çalışmada ayrıca küresel şekil dışındaki nanoparçacıklarda kullanılmıştır. Bu sayısal incelemenin çözümleri Comsol programında sonlu elemanlar yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Nanoakışkan olarak SiO2 – Su, partikül şekli olarak silindirik, küresel, brick ve blade tipleri kullanılmıştır. Isı transfer özellikleri ve akışkan karekteristikleri eş akış eğrilerinin, eş sıcaklık alanlarının, lokal ortalama Nusselt sayısının değişiminin verdiği sonuçlara göre tayin edilmiştir. Eş akış eğrileri ve sıcaklık alanları, farklı Rayleigh değerlerinde ve farklı nanopartikül hacim oranlarında değişen köşe bölmesi yarıçapına göre incelenmiştir. Bu analiz sonuçlarına göre ısı transferini etkileyen temel parametreler incelenmiş, ısı transferi açısıdan uygun olan parametrik kombinasyonlar belirlenmiş, elde edilen sonuçlar tartışılmıştır. Anahtar Kelimeler: Nanopartikül, nanopartikül şekli, ısı transferi, doğal konveksiyon, pasif iyileştirme metodu, köşe bölmesi, sonlu elemanlar yöntemi.
Effects of turbulators on flow development heat transfer in pipe flows
The aim of this study is to find the influence of helically coiled wires so called turbulators inserted in pipes on the flow field and heat transfer. An experimental set-up composed of pipe system and the blower unit providing controlled air flow for this purpose was designed and constructed. Helically coiled wires of different wire diameter, length, pitch, helix angle, number of coils were produced and tested. The tested turbulators covered a range of non-dimensional turbulator characteristics: D/d=13.33, 16, 20, 26.67: 50 < L/d < 300; 4.7 < n < 30; 5«; p/d < 21.3; 63.50 < a ^ 79° The influence of turbulators was investigated in a range of 30000^Re^ 90000 for which there existed a gap in the related literature.The experimental study was composed of two main parts. In the first part flow field measurements were conducted with turbulators inserted in the test pipe. The measurement of mean flow parameters were done by the pressure probes. In the second part temperature measurements were performed by means of copper-constantan thermocouples. The results of experimental investigation were given in comparison with the flow and heat transfer measurements made in the smooth empty test pipe. The hydrodynamic and thermal performance of turbulators were described by means of correlations between flow parameters and turbulator characteristic dimensions. Key Words: Turbulator, Smooth Pipe, Friction, Convective Heat Transfer Coefficient.
Duman borulu kazanlarda duman borularında ısı transferini iyileştirme yöntemlerinin deneysel olarak incelenmesi
Endüstriyel tip kazanlarda ve kalorifer kazanlarında ısı transferinin, dolayısıyla kazan veriminin arttırılması için akış saptırıcı kullanımı oldukça yaygınlaşmıştır. Bu araştırmada içi içe borulu tip bir ısı değiştirici tasarlanarak deneysel bir sistem kurulmuştur. Eşmerkezli iç içe borulu ısı değiştiricisinin iç borusunda sıcak hava akışı, dış taraftaki boruda ise zıt akışlı su akışı olmaktadır. Burada kullanılan akış saptırıcılarla akıştaki tübülans arttırılarak ısı transferinde bir iyileşme gerçekleştirileceği araştırılmıştır.Anahtar Kelimeler : Kazanlar duman borulu, ısı transferi, akı? saptırıcı
Effects of mechanical vibration on the heat transfer characteristics of tubular turbulent flow
In this thesis, the effects of vibration on tabulated turbulent flow are experimentally analyzed. The experiments are performed to investigate the effects of sinusoidal, chirp and random noise vibrations on heat transfer characteristics of internal flow in a concentric type direct flow heat exchanger. Air is used as the working fluid with inlet Reynolds numbers varying between 10,000 and 50,000. The various values of frequencies of the mechanical vibration generator and vibration accelerations are the other important parameters in the experiments. An experimental setup which was already set in Heat Transfer Laboratory is used in this work. The turbulators used in the concentric heat exchanger are somehow corrugated tapes. In the experimental assembly, hot water vapor is send to the annulus between the inner pipe and the outer pipe. This saturated water vapor is in contact with the outer surface of the inner pipe at all times. Thus, the constant temperature boundary condition is met on the outer surface of the inner pipe. The temperature and pressure measurements are performed to obtain heat transfer and pressure drop variations. Air is passed through the inner pipe throughout the experiment using a radial fan. The fan setting is changed with the help of an inverter to obtain different flow velocities. The influence of the vibration is tested by using a mechanical vibration test unit. The frequency and accelerations (amplitude) are changed in a wide range area. The sine, chirp and random-noise signal types are imposed on the heat exchanger. Hence effects of the vibration on heat transfer are shown by means of Nusselt number. The simultaneously increment of pressure loss is also measured. Furthermore, the effects of vibration on the smooth tube internal turbulent flow and heat transfer are analyzed for comparison. As a results it was observed that, regardless of the variation of the frequency, amplitude or signal type, applying vibration to the turbulator increases the heat transfer and pressure loss simultaneously, with high percentages. For example, the heat transfer increases with the percentages of 116%, 105% and 64%, respectively for Type 1, Type 2 and Type 3. The enhancement percentages of the friction factor is about 35%, 61% and 95% respectively for Type 1, Type 2 and Type 3.
İçerisinde ısıtıcı bloklar bulunan bir kanalda, osilasyonlu akışın ve ısı transferinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Bu çalışmada, duvarlarından birinde ısı yayan bloklar bulunan bir kanal içindeki akış ve ısı transferi ele alınmıştır. Akışkan olarak kullanılan havanın kanal girişindeki hızı, zamana bağlı sinüs eğrisi şeklinde periyodik olarak değiştirilmiştir. Deneysel ve sayısal çalışmalar yapılarak, osilasyonun kanal içindeki akış yapısına ve ısı transferine etkisi incelenmiştir. Problem iki boyutlu ve zamana bağlı olarak formüle edilerek, sayısal çalışmalar laminer ve türbülanslı akışlar için gerçekleştirilmiştir. Bloklarda hacimsel ısı üretimi olduğu varsayılmıştır. Sayısal analizlerin gerçekleştirilebilmesi için kontrol hacmi yaklaşımına ve SIMPLE algoritmasına dayanan bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Türbülansın modellenmesi için k-? türbülans modeli kullanılmıştır. Konveksiyon terimlerinin diskritizasyonu için hybrid metot kullanılmıştır. Zamana bağımlı terimler ise tam implicit metot kullanılarak diskiritize edilmiştir. Cebirsel denklemlerin çözümü için ise Gauss-Seidel iterasyon tekniği kullanılmıştır. Geliştirilen program yardımıyla, çözüm alanı içersindeki hız ve sıcaklık dağılımı belirlenmiştir. Elde edilen sıcaklık dağılımı kullanılarak, blok yüzeylerindeki anlık yerel, anlık alan ortalama ve alan ve zaman ortalama Nusselt sayıları hesaplanmıştır.Deneysel çalışmalar için, bir deney düzeneği kurulmuş ve osilasyonlu akış durumu için deneysel veriler elde edilmiştir. Kanal ve blok geometrik boyutları sabit tutularak, Reynolds sayısının 250, 500, 750, 1000, 10000, 20000, 30000 ve 40000 değerleri, giriş hızı genliğinin 0.0Uo, 0.2Uo, 0.4Uo, 0.6Uo ve 0.8Uo değerleri ve frekansın 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 Hz değerleri için analizler yapılmıştır. Bloklardan hacimsel ısı üretim değeri 0.025, 0.050, 0.075, 0.25, 0.50, 1.0 ve 1.5 W/cm3 olarak dikkate alınmıştır. Deneysel ve sayısal sonuçların ışığında, kanal içindeki akışın Reynolds sayısının, bloklarda gerçekleşen ısı üretiminin ve akışkan giriş hızının salınım genliğinin ve frekansının, akış ve ısı transferine etkileri analiz edilerek, aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir.Blok yüzey sıcaklığı birinci blokta en küçük değerde iken, akış yönünde ilerledikçe (blok numarasının artışıyla) artmaktadır. Benzer olarak, blok Nusselt sayısı birinci blokta en büyük değerde iken, blok numarasının artışıyla azalmaktadır. Reynolds sayısının artması ile, kanal boyunca tüm bloklarda yüzey sıcaklığı azalmakta, Nusselt sayısının değeri ise artmaktadır. Bloklarda üretilen ısının artması ile, blok yüzey sıcaklıkları artmakta, Nusselt sayısının değeri ise bu artıştan etkilenmemektedir. Laminer durumda, giriş hızı salınım genliği ve frekansının artmasıyla, tüm bloklarda sıcaklık azalmakta, Nusselt sayısı ise artmaktadır. Türbülanslı durumda, salınım frekansı 3Hz, Reynolds sayısı 20000 ve 30000 için kritik değerdir. Salınım frekansının 3 Hz'den daha küçük değerlerinde, blok sıcaklığı azalış eğilimine girmekte, 3 Hz'den daha büyük değerlerinde ise artış eğilimine girmektedir. Benzer olarak, salınım frekansının 3 Hz'den küçük değerlerinde, Nusselt sayısı artış eğilimine girmekte, 3 Hz'den büyük değerlerinde ise azalış eğilimine girmektedir. Reynolds sayısı 40000'de kritik frekans yaklaşık 5 Hz'dir. Salınım genliğinin artırılması, salınım frekansının değeri kritik noktadan küçük ise, zaman ve alan ortalama Nusselt sayısının değerini artırmakta, salınım frekansı kritik noktadan büyük değerde ise azaltmaktadır.
Stırlıng motoru için borulu tip ısı değiştiricisi tasarımı ve cfd analizi
Artan dünya nüfusu ve gelişen teknolojilerden dolayı enerji kullanımının sürekli artması nedeni ile giderek artan çevre problemleri meydana gelmektedir. Petrol kökenli yakıtların kullanımı bakımından dışa bağımlı olan Türkiye'de, içten yanmalı motorlara alternatif motorların geliştirilmesi, hem enerji hem de çevre kirliliği açısından olumlu sonuçlar ortaya koyacaktır. Bu alternatiflerden biri de Stirling motorları her türlü ısıl enerji kaynağını kullanarak mekanik iş üretebilir. Basit yapısı, içten yanmalı motorlara göre imalat kolaylığı, özellikle sabit tesislerde kullanılabilme imkânından dolayı üzerinde çalışılan makinalardır. Farklı tiplerde üretilme imkânı vardır. İçten yanmalı motorlarla karşılaştırıldığında, gürültü ve titreşim seviyesi daha düşüktür. Teorik ısıl verimi yüksektir ve daha az bakım gerektirir. Bu çalışmanın amacı, farklı enerji kaynaklarını kullanabilen borulu tip ısı değiştiricili Stirling motoru tasarlayarak üç boyutlu sayısal analizini yapmaktır. Literatürde verilen metotlarla silindir hacmi belirlenen motorun ısıtıcı, soğutucu ve rejeneratörün boyutlandırması ve dağılımı yapılmıştır. Maksimum ısıtma ve soğutma için motor tasarımı belirlenmiştir. Stirling motorunun üç boyutlu analizi FLUENT Sayısal akışkanlar dinamiği programı kullanılarak yapılmıştır. Model çizimi ve ağ oluşumunda GAMBIT ve DESIGN MODELLER paket programı kullanılarak, temel korunum denklemleri, 3 boyutlu ve türbülanslı akış şartlarında çözülmüştür. Sonuçta en uygun ısıtıcı, soğutucu ve rejeneratör tasarımı gerçekleştirilmiştir.
Çarpan akışkan jetleri kullanarak kanatçıklı yüzeyler üzerindeki ısı transferinin sayısal olarak incelenmesi
Çarpan jetler yüksek ısı ve kütle transferi sağlamalarından dolayı geniş bir alanda kullanılmıştır. Bu çalışmada üçgen, kare ve yamuk kanatçıklı yüzeyler üstündeki çarpmalı jet dizileri kullanarak akış ve ısı transferi PHOENICS paket programı yardımıyla sayısal olarak araştırılmıştır. 7x3 olarak dikdörtgen dizilime sahip dairesel nozullar kullanılarak Re=3000-10000, H/d=2-8 ve boyutsuz kanatçık yüksekliği d/e=1,5-3,0 değerlerinde çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Ayrıca kanatçıkların nozulların tam altında ve iki nozulun tam ortasında olmak üzere kanatçık düzenlemelerinin ısı transferine etkileri irdelenmiştir. Bunlara ilave olarak kanatçıklı yüzeylerle karşılaştırma amaçlı düz yüzeyler için de çözümler gerçekleştirilmiştir. Sayısal çözümleme boyunca düşük Re sayılı k-? türbülans modeli kullanılmıştır.İlk olarak tüm kanatçık geometrilerinde Re sayısı, H/d ve d/e değerlerinin yerel Nu sayısına etkileri incelenmiştir. Genel olarak Re sayısının artması ile ısı transferinin arttığı gözlemlenmiştir. Ayrıca Re sayısının artması ile maksimum ile minimum ısı transferi arasındaki farkın arttığı tespit edilmiştir. Tüm kanatçık geometrilerinde en düşük yerel ısı transferinin H/d=8 ve en yüksek yerel ısı transferinin H/d=4-6 aralığında oluştuğu görülmüştür. Kanatçık yüksekliğinin genel olarak ısı transferine etkisinin olmadığı hem yerel hem de ortalama ısı transferi değerlerinden görülmüştür.Son olarak kanatçık düzenlemesinin ve kanatçık geometrisinin çarpmalı jetler altında ısı transferine etkileri hem yerel hem de ortalama Nusselt sayıları ile irdelenmiştir. Özellikle yüksek Re sayılarında ve tüm H/d değerlerinde kanatçıkların nozulların tam ortasında olması durumunda daha yüksek ortalama Nu sayılarının elde edildiği gözlemlenmiştir.
Hidrodinamik ve ısıl olarak gelişmekte olan altıgen kesitli bir kanalda ısı transferinin incelenmesi
Bu çalışmada hidrodinamik ve ısıl olarak gelişmekte olan akış koşullarında, sabit yüzey sıcaklığına sahip ve sabit ısı akısı uygulanan altıgen kesitli kanalda laminer akış ve ısı transferinin üç boyutlu sayısal analizi üç farklı akışkan için gerçekleştirilmiştir. Üç boyutlu süreklilik, momentum ve enerji denklemleri Ansys Fluent 6.3.26 paket programı kullanılarak sayısal olarak çözülmüştür. Sayısal çalışma Reynolds sayısının 100 ile 800 değer aralığı için gerçekleştirilmiştir. Çalışmada akışkan olarak hava (Pr ? 0,7), su (Pr ? 7,6) ve etilen glikol (Pr ? 236) kullanılmıştır. Akışkan özellikleri sabit olarak kabul edilmiştir. Ortalama Nusselt sayıları ve ortalama Darcy sürtünme katsayıları Reynolds sayısının fonksiyonu olarak sunulmuştur. Yerel Nusselt sayıları ve Darcy sürtünme faktörleri kanal boyunca mesafenin fonksiyonu olarak gösterilmiştir. Hız ve sıcaklık dağılımları kanal boyunca farklı koşullarda sunulmuştur. Hava, su ve etilen glikol akışkanları ile yapılan sayısal hesaplamalar neticesinde elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Mevcut sonuçların literatür ile uyum içerisinde olduğu görülmüştür.
Altıgen kesitli kanal içerisinde türbülanslı zorlanmış konveksiyon şartlarında ısı transferinin deneysel olarak incelenmesi
Bu çalışmada, altıgen kesitli kanalların içindeki akış ve ısı transferi türbülanslı olan akış şartlarında, kararlı rejim şartlarına ulaşmış akışın karakteristiği deneysel olarak incelenmiştir. Deneyler sabit yüzey sıcaklığı sınır şartı için yapılmıştır.Deneylerde, akışkan olarak hava (Pr=0,7) kullanılmıştır. Deneysel çalışma, Reynolds sayısının 2322Anahtar Kelime: Akışkanlar mekaniği = Fluid mechanics ; Isı geçişi = Heat transfer