Hareketli Sıvı Kolonunda Isı Geçişinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, bir ucu atmosfere açık hava-sıvı arayüzeyine sahip düşey halkasal boruda, sinüzoidal zorlanmış laminer akışta, ısı geçişi deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmalardan sabit ısı akısına sahip bir yüzeyden salınımlı akışta ısı geçişine etki eden iki önemli parametrenin frekans ve genlik olduğu görülmüştür. Deneylerden elde edilen değerler için bir hesap tarzı geliştirilerek Nusselt sayıları bulunmuştur. Bulunan Nusselt sayıları için boyutsuz sayılara bağlı olarak bir korelasyon bağıntısı verilmiştir. Deney tesisatı ve salınımlı akışa uygun olarak geliştirilen matematik modelde, kütle, momentum ve enerji denklemleri kontrol hacmi yöntemine göre yazılarak sıvı kolonu için geçerli denklemler bulunmuştur. Elde edilen denklemler Runge-Kutta yöntemiyle çözülerek sonuçlar deneylerle karşılaştırılmıştır. Hareketli Sıvı Kolonu Fluent CFD programı kullanılarak sayısal olarakta incelenmiştir. Yapılan incelemelerde, sıvı kolonunda çevrim boyunca anlık hız ve sıcaklık dağılımları elde edilerek ısı geçiş mekanizması açıklanmıştır. Sıvı kolonunda hidrodinamik sınır tabakanın akışın merkezini takip edemediği ve bu durumunda daimi akışa göre ısı geçişini artırdığı anlaşılmıştır. Sayısal çözüm için de bir çevrim ortalama Nusselt sayıları elde edilerek deneysel sonuçlarla karşılaştırılmış ve aralarında uyum olduğu görülmüştür.

In this study, heat transfer in a laminar oscillating vertical annular liquid column having an interface with the atmosphere investigated experimentally and theoretically. Experimental study proved that frequency and displacement amplitude were two important parameters affecting heat transfer from a uniform heat flux surface to reciprocating flow. A new approach was taken in the calculation of Nusselt number. A correlation equation was obtained for the Nusselt number versus kinetic Reynolds number. A mathematical model has been developed using the control volume method based on the experimental setup and reciprocating flow. The proposed mathematical formulation considers continuity, momentum and energy conservation equations to obtain governing equations. The governing equations were solved by Runge-Kutta method and compared with experimental data. Heat transfer in the moving liquid column was also investigated numerically using the Fluent CFD code. Velocity and temperature profiles obtained numerically over a cycle were examined to gain insight into heat transfer process of the considered problem. They proved that the phase lag between boundary layer and core flow increases heat transfer drastically compared to steady continuous flow. Numerically calculated cycle averaged Nusselt numbers were compared with experimentally determined Nusselt numbers. The agreement between the two is reasonably good.