Yamuk kesitli kanal içerisinde hidrodinamik olarak tam gelişmiş ısıl olarak gelişmekte olan laminer akış ve ısı transferinin sayısal olarak incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada yamuk kesit alanına sahip bir kanal içerisindeki hidrodinamik olarak tam gelişmiş ısıl olarak gelişmekte olan üç boyutlu zorlanmış konveksiyon akış ve ısı transferi kararlı rejim ve sabit yüzey sıcaklığı şartlarında sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal çalışma Reynolds sayısının 100 ≤ Re ≤ 1000 aralığında gerçekleştirilmiştir. Ç alışma akışkanı olarak hava (P r ∼= 0.7) kullanılmıştır. Sayısal çalışmanın gerçekleştirilebilmesi için ticari Sayısal Akışkanlar Dinamiği yazılımı olan Ansys Fluent 12.1 paket programı kullanılmıştır. Ortalama Nusselt sayıları ve ortalama Darcy sürtünme faktörleri farklı Reynolds sayıları için sunulmuştur. Yerel Nusselt sayıları kanal boyunca mesafenin fonksiyonu olarak çizilmiştir. Hız ve sıcaklık dağılımları kanal boyunca farklı pozisyonlarda grafiksel olarak verilmiştir. Ç alışmadan elde edilen sonuçlar literatürde yapılmış olan benzer çalışmalar ile kıyaslanmış ve sonuçların literatür ile uyum içerisinde olduğu saptanmıştır. Reynolds sayısındaki artışın ısı transferinde artışa ve sürtünme faktöründe azalışa neden olduğu görülmüştür. Yamuk kesitli kanal içerisindeki laminer akışta hidrodinamik ve ısıl olarak tam gelişmiş şartlardaki Nusselt sayısı değerinin 2.95 olduğu belirlenmiştir. Sayısal çalışmanın sonucunda, ısı transferi ve sürtünme faktörü değerleri için yeni korelasyonlar elde edilmiştir.

In this study, steady-state hydrodynamically fully developed thermally developing three-dimensional laminar forced convection flow and heat transfer in a horizontal smooth trapezoidal duct were numerically investigated under uniform surface temperature condition. Numerical study was carried out for a Reynolds number range of 100 to 1000. Air (P r ∼= 0.7) was used as the heat transfer medium. A commercial CFD program Fluent 12.1 was used to carry out the numerical study. Average Nusselt numbers and average Darcy friction factors were presented for different Reynolds numbers. Local Nusselt numbers were plotted as a function of the distance along the duct. Velocity and temperature contours were given as graphically at different positions along the duct. The results obtained from this study were compared with the results of similar studies available in the literature, and the results were found to be in good agreement. It is seen that increase in Reynolds number causes decrease in friction factor and increase in heat transfer. Value of the Nusselt number for hydrodynamically and thermally fully developed laminar flow conditions in trapezoidal cross-sectioned duct was determined to be 2.95. Based on the present numerical investigation, new engineering correlations were obtained for the heat transfer and friction coefficient.