Hibrit oluklu kanallarda kanatçıkların akış ve ısı transferine etkisinin sayısal incelenmesi

Bu çalışmada, hibrit dalgalı kanallarda kanatçıkların akış ve ısı transferi üzerindeki etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal çalışma, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) tabanlı ANSYS Fluent programı ile gerçekleştirilmiştir. Taşınım eşitliklerinde hız ve basınç ilişkisi SIMPLE algoritması ile çözülmüştür. Çalışmada ilk önce kanatçıksız hibrit dalgalı kanalların akış ve ısı transferi araştırılmıştır. Hibrit dalgalı kanallar, dikdörtgen dalga profiline ilave edilen üçgen, trapez ve dairesel geometriden oluşan üç farklı dalga profilinden oluşmaktadır. Böylece, dikdörtgen-üçgen (DÜ), dikdörtgen-dairesel (DD) ve dikdörtgen-trapez (DT) profilleri içeren üç faklı hibrit dalgalı kanal tasarımı dikkate alınmıştır. Sonuçlar dikdörtgen dalgalı kanal akışı ile karşılaştırılmıştır. Dalgalı kanalların yüzeyleri sabit bir sıcaklıkta (Tw = 380K) tutulmuş ve Reynolds sayısı 2000 ≤ Re ≤ 10000 aralığında değiştirilmiştir. Her bir hibrit kanal tasarımı için akış ve ısı transferi karakteristikleri analiz edilmiş ve Nusselt sayısı (Nu), sürtünme faktörü (f), basınç düşüşü (𝛥P) ve performans faktörü (PF) hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar, dikdörtgen- trapez (DT) hibrit dalgalı kanalda en iyi performans faktörünün sağlandığını göstermiştir. Bu nedenle DT hibrit kanal içerisine V tipi, Y tipi ve V-Y tipi (hibrit tip) olmak üzere üç farklı kanatçık yerleştirilmiş ve akış ve ısı transferine etkileri analiz edilmiştir. Analizlerde, kanatçıksız Düz kanal ile DT- hibrit dalgalı kanal karşılaştırıldığında, Nu yaklaşık 4,9 kat artış sağlarken basınç düşüşü yaklaşık 15,8 kat artmıştır. Hibrit oluklu kanallar üniform dikdörtgen oluklu kanala kıyasla basınç düşüşünde önemli bir artış olmadan daha yüksek ısı transferi sağlamıştır. Kanatçıkların varlığında, en yüksek ısı transferi V tipi kanatçıklı DT hibrit dalgalı kanalda elde edilirken (Nu = 73,90), en düşük basınç kaybının Y tipi kanatçıklı kanalda meydana geldiği gözlenmiştir (ΔP = 259,39 Pa). En iyi performans faktörü (PF) kanatçıksız DT kanalda bulunurken (PF = 2,95); kanatçıklı kanalda PF, Reynolds sayısındaki artışla birlikte düşme eğilimi göstermiştir. Elde edilen bulgular hem ısı transferi hem de akış direnci dikkate alınarak tasarlanacak kanallarda, kanatçık tipinin ve kanal geometrisinin birlikte değerlendirilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır.