Zorlanmış salınımlı dikey akışta gözenekli ortamın ısı geçişine etkisinin deneysel incelenmesi

Bu çalışmada, sürekli olduğu varsayılan düşey halkasal sıvı kolonunda, sinüzoidal salınımlı ve zorlanmış laminer akış için, tel örgü katmanlar ile gözenekli ortam oluşturarak kabarcıklı kaynama rejiminde ısı geçişi deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Daha önce Ünal AKDAĞ, Mustafa ÖZDEMİR ve Ersin SAYAR'ın yaptıkları deneysel ölçmeler ve değerlendirmeler sonucunda, sabit ısı akısına sahip bir yüzeyden, salınımlı akışta ısı geçişine etki eden parametrelerin frekans, genlik ve yüzey sıcaklığı olduğu görülmüştü. Deneylerden elde edilen değerler için bir hesap tarzı geliştirilmiş ve Nusselt sayıları bulunmuştu. Bulunan Nusselt sayıları için boyutsuz sayılara bağlı olarak bir korelasyon bağıntısı verilmişti. Bu çalışmadaki fark ise temelde Ersin SAYAR'ın yapmış olduğu "Sinüzoidal Salınımlı Akış İçin Hareketli Dikey Sıvı Kolonundaki Kaynamaya Ait İnceleme"nin, tel örgü katman oluşturarak gözenekli ortam için irdelenmesidir. Çalışma sonucu elde edilen bağıntılar literatürde bulunan tek fazlı çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Böylelikle gözenekli ortamın ısı transferine etkisi tespit edilmiştir. Deney tesisatı ve salınımlı akışa uygun olarak kurulan matematiksel model iki farklı yaklaşımla ele alınmıştır. İlk olarak diferansiyel yaklaşımla genel olarak ele alınan kütle, momentum ve enerji denklemleri salınımlı akış şartlarına göre sadeleştirilerek geçerli denklemler bulunmuştur. Hız profili için halkasal kesitte sınır şartları yazılarak momentum denklemi analitik olarak çözülmüştür. İkinci olarak kontrol hacmi yöntemiyle integral formda süreklilik, momentum ve enerji denklemi yazılarak hareketli sınıra sahip kontrol hacminde ısıl enerji dengesi yazılmıştır. Tek fazlı bölgede, ısı geçişinde etkili olan mekanizmanın akışın merkezini takip edemeyen hidrodinamik sınır tabakadan kaynaklandığı, bu durumun ısı geçişini artırdığı doğrulanmıştır. Salınımlı akışta kısmi soğutulmuş kaynamanın ve tam gelişmiş soğutulmuş kaynamanın etkin olduğu rejimde ısı geçişi tek fazlı durum ile kıyaslanmış, kabarcıkların ısı geçiş katsayısında keskin bir artış sağladıkları doğrulanmıştır. Gözenekli ortamın saydam ve akışkanla termal dengede olduğu kabul edilmiştir. Akışkan ve gözenekli ortamın viskozite, termal iletkenlik, özgül ısı ve geçirgenlik gibi özellikleri sabit alınmıştır. Gözenekli ortamın homojen ve izotropik olduğu kabul edilmiştir. Bu yüksek lisans tez çalışmasında, literatürde yapılan çalışmalar doğrultusunda, akışkana doymuş gözenekli ortam ve bu ortama komşu akışkan tabakasından oluşan bileşik bir sistemde akış analitik olarak incelenmiştir. Tel örgü katmanlardan oluşan bir gözenekli ortam kabulü yapılmıştır. Hem salınımlı akışın varlığı hem de gözenekli ortamın ısı geçişine etkisi incelenmiştir. Gözenekli ortamın ısı geçişini artırdığı gözlenmiştir. Ayrıca, arayüzeyde sinüzoidal bir hız ifadesi kullanılarak ve akışkan tabakada momentum denklemi yatay ve düşey eksen için yazılarak elde edilen denklemler analitik olarak çözülmüştür. Sonuçlar, gözeneklilik, akışkan tabakası kalınlığı ve Darcy sayısına bağlı olarak hız ve sıcaklık dağılımları şeklinde gösterilmiştir.