Gözenekli bir kanalda tam gelişmiş zorlamalı taşınımda akışkan ağdalılığının ısı transferi üzerine etkisi

Gözenekli ortam gündelik hayatta her alanda karşımıza çıkmaktadır. Ciğerlerimiz, hücrelerimiz veya bir sünger gözenekli ortama verilebilecek en basit örneklerdir. Bir akışkanın içinden geçebildiği gözenekli ortamlarda enerji ve kütle geçişi pek çok mühendislik alanının ilgisini çekmektedir. Bugüne kadar gözenekli ortamdaki enerji denklemleri ve gözenekli ortam parametreleri üzerine pek çok araştırma yapılmıştır. Gözenekli ortamdaki akışkan akışı ve enerji geçişi ile ilgili hala hesaplanamayan parametreler bulunmakta ve bunlar üzerine halen pek çok araştırma yapılmaktadır. Fransa'da bir hastaneye temiz su taşımak amacıyla 1856 yılında Henry Darcy tarafından başlatılan gözenekleri ortam çalışmaları, daha sonra gelen bilim adamlarının da katkılarıyla geliştirilmiş ve genel bir denkleme dönüşmüştür. Gözenekli ortamda kullanılan enerji denklemlerinin çoğunun çözümünde ağdalı akışkanın akış sırasında ağdalılık kaynaklı enerji kayıplarının sıcaklık üzerindeki etkisi ihmal edilmiştir. Pek çok çalışmada bu ağdalı kayıplar göz ardı edilmiş ve sıcaklık üzerindeki etkileri araştırılmamıştır. Bu çalışma ihmal edilen ağdalı kayıpların literatürde kullanılan bir model üzerinden incelenmesini içermektedir. Akışkanın modellemesi, gözenekli ortama sahip geçirgen olmayan iki paralel plaka duvarı, bu duvarlara uygulanan sabit ısı akısı ve tam gelişmiş akış şartları altında yapılmıştır. Akış tek yönlü ve zamana bağlı değişim olmadığı kabulu yapılmıştır. Gözenekli ortam genel momentum denklemi olan Brinkman Momentum Denklemini baz alan bu çalışmada ağdalı akışkanın akışı sırasında oluşan kayıpların sıcaklık üzerindeki etkileri incelenmiştir. Brinkman Momentum denklemi analitik olarak çözülmüş ve boyutsuz hale getirilerek, diferansiyel denklem çözümü yapılmıştır. Diferansiyel çözüm sonucunda elde edilen boyutsuz hız denklemi enerji denkleminde kullanılmıştır. Enerji denkleminde yer alan ağdalı kayıplar teriminin çeşitli modeller baz alınarak değişimi incelenmiştir. Ağdalı kayıplar için Al-Hadhrami modeli ele alınmış değişen Brinkman ve Darcy sayıları ile gözenekli ortamdaki akışkan ve sabit cidar arasındaki sıcaklık farkları, değişen Brinkman sayısına bağlı olarak akışkanın sıcaklık artış ve düşüş profilleri tespit edilmiştir. Brinkman ve Darcy sayıları arasındaki etkileşim farklı parametreler için incelenmiştir. Nusselt sayısının enerji kayıplarını ifade etmedeki rolü, Nusselt'in Darcy ve Brinkman sayısı ile değişimi incelenmiştir. Maksimum sıcaklık farkı düşük Darcy sayılarında görülmüştür. Brinkman sayısının pozitif olması, akışkan sıcaklığının arttığını, negatif olmasının akışkan sıcaklığının azaldığını ifade ettiği görülmüştür. Darcy ve Brinkman sayılarından yola çıkarak akışkan sıcaklık değişimi tespit edilmiştir.