Kalın cidarlı düşey borularda doğal taşınım ile birleşik ısı transferinin incelenmesi

Kalın cidarlı düşey borularda, sürekli rejimde boru içi laminer akış doğal taşınım ile birleşik ısı transferi cidar ve eksenel akışkan iletimi dikkate alınarak incelenmiştir. Problem düşey ve sonlu uzunluktaki eksenel simetrik bir boruda sabit dış yüzey sıcaklığı sınır şartı ile ele alınmıştır. Viskoz sönüm ihmal edilerek, Boussinesq yaklaşımı ile kaldırma kuvveti terimindeki yoğunluk hariç tüm akışkan özelliklerinin sabit olduğu varsayımıyla, problem sonlu farklar yöntemi ile sayısal olarak ve birbirine bağlı denklem takımı, süreklilik, momentum ve enerji denklemleri, eş zamanlı olarak çözülmüştür. Hız çözümü için kaydırılmış düğüm noktası sistemi ile SIMPLE algoritması kullanılarak boruda eksenel ve radyal hız ve basınç dağılımları elde edilmiştir. Enerji denklemi hem cidar ve hem de akışkan tarafı için arayüzeyde süreklilik şartları göz önüne alınarak çözülmüş ve yığık sıcaklık, ara yüzey ısı akısı ve yerel Nusselt sayısı dağılımları belirlenmiştir. Problemi tanımlayan boyutsuz parametrelerin ki bunlar; Grashof sayısı, GrL, Prandtl sayısı, Pr, cidar-akışkan ısı iletkenlik katsayısı oranı, kwf, cidar kalınlık oranı, d' ve boru uzunluğunun boru yarıçapına oranıdır, B, akış ve ısı transferi karakteristikleri üzerine etkileri incelenmiştir. Çözümler bu parametrelerin farklı değerleri için yapılmıştır. GrL=105, 106, 107 ve 108; Pr=0.7, 4, 7, 50 ve 100; kwf =1, 10, 100 ve 1000; d'=0.02, 0.1 ve 0.3; B=16, 24, 32, 40 ve 48. Arayüzey ısı akısı girişe çok yakın bölgelerde yüksek değerlere ulaşmakta, sonrasında hızla azalarak ısıl olarak gelişmiş bölgede sıfıra düşmektedir. Grashof ve Prandtl sayıları büyüdükçe arayüzey ısı akısı değerleri ve toplam ısı transferi de daha büyük olmaktadır. Yine büyük Grashof ve Prandtl sayıları için hidrodinamik ve ısıl gelişme mesafeleri daha uzun olmaktadır. Uzunluk-yarıçap oranı arttıkça ısıl gelişme mesafesinin kısaldığı görülmektedir. Yine uzunluk-yarıçap oranı arttıkça akış hızı ve buna bağlı olarak arayüzey ısı akısı değerleri de azalmaktadır.