Üçgen kesitli kanallarda zorlanmış akış ile ısı transferinin sayısal olarak incelenmesi

Bu çalışmada, tam gelişmiş türbülanslı akış şartlarında yatay eşkenar üçgen kanallarda hidrodinamik olarak tam gelişmiş ısıl olarak gelişmekte olan zorlanmış konveksiyon akışı ve ısı transferi, sabit ısı akısı sınır şartı için nümerik olarak incelenmiştir. Çalışma akışkanı olarak hava (Pr = 0,7) seçilmiştir. Üçgen kanalın malzemesi alüminyum olup kanal içi pürüzsüz olarak kabul edilmiştir. Kanalın bir kenarı 76 mm'dir ve 44 mm'lik hidrolik çapa sahiptir. Kanalın herhangi bir ısıtma soğutma sınır şartının olmadığı 700 mm'lik giriş ve 1050 mm'lik test bölgesi bulunmaktadır. Reynolds sayısının 3000 ile 10000 aralığındaki değerlerinde çalışılmıştır. Diğer taraftan Reynolds sayısı 3000-10000 arası değerler için eşkenar üçgen kesitli kanal tabanına girişten çıkışa kadar yerleştirilen 12 mm kalınlığında ve 10,42 mm ve 20,84 mm (kanal giriş yüzey alanının %5'i ve %10'una tekabül edecek şekilde) yüksekliğinde olan kanatçıkların konulması ile türbülanslı zorlanmış akış performansının nasıl etkilendiği irdelenmiştir. Kanalın ve akış ortamının tasarımı Gambit 2.4.6. modelleme programında yapılmış, ısıl analizler Fluent 12.0.16. paket programında yapılmıştır. Çalışmanın sonucunda test bölgesinde ortalama Nusselt sayısı için, Nu = a x Reb ve ortalama Darcy sürtünme faktörü için f = c x Red şeklinde bağıntılar elde edilmiştir. Elde edilen Nusselt sayıları ve sürtünme faktörleri literatürde bulunan deneysel çalışma sonuçları ile kıyaslanmıştır. Neticede, aynı sınır şartları ve tasarımdaki türbülanslı kanal akışında Reynolds sayılarının artışı ile birlikte Nusselt sayısının ve basınç düşmesinin de arttığı buna bağlı olarak da Reynolds sayısı artışının zorlanmış akışın ısıl performansını olumlu yönde etkilediği tespit edilmiştir. Ayrıca çalışmanın ikinci kısmında, üçgen kanal tabanına yerleştirilen kanatçıkların sağladığı blokaj oranının artması ile kanalın ısıl performansının da arttığı ancak blokaj oranının artması ile daha yüksek basınç düşmeleri ile karşılaşıldığı bunun sonucunda da akışın sürdürülebilmesi için gerekli olan enerji sarfiyatının da arttığı tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda, Reynolds sayısı 10000 için ortalama ısı taşınım katsayısının düz kanalda 16,71 W/m2K, % 5 blokajlı kanalda, 19,92 W/m2K ve % 10 blokajlı kanalda ise 22,53 W/m2K olarak gerçekleştiği tespit edilmiştir.Bu durumda üçgen kesitli kanalda ısıl performans açısından % 5 blokaj ile % 19'luk, % 10 blokaj ile de % 34'lük bir performans artışı elde edilmiştir.Anahtar Kelimeler :Üçgenkesitlikanallar,türbülanslıakış,zorlanmışakış, sayısal ısı transfer analizi