Çelik Bilyelerden Oluşan Gözenekli Ortam İçinde Titreşimli Akışta Isı Geçişi

Abstract

Gözenekli ortamda ısı ve kütle geçişi konusu ısıl enerjinin depolanması, ısı değiştiricileri, ısı boruları, ısı yalıtımı, elektronik parçaların soğutulması, kimyasal reaktörler, nükleer yakıt elemanları, uzay araştırmaları gibi alanlarda önemli bir araştırma konusudur. Diğer taraftan titreşimli akış ise ısı geçişini önemli ölçüde arttırması sebebiyle son birkaç yılda üzerinde en çok çalışılan konulardan biridir. Bu çalışma ile gözenekli ortam içinde titreşimli akışkan akışı altında ısı geçişi deneysel olarak incelemiştir. Çok düşük akışkan hızlarında dahi gözenekli ortamın varlığı akışı karıştırma etkisi yapmaktadır. Geometrik yapı sebebiyle karışan akışkan arayüzden ısı geçişini arttırmaktadır. Gözenekli ortamın gözenekliliği, geçirgenlik katsayısı ve Nusselt sayıları ortam içindeki basınç kaybı ve ısı geçişinin hesaplanmasında gerekli olup deneysel olarak tespit edilmektedirler. Titreşimli akışta katı sınırlardaki kaymama şartı akışkanın sınır bölgesi ile ana kütlesi arasında salınım genliklerinin farklı olmasına sebep olmaktadır. Bu durum titreşim genliği ve frekansına bağlı olarak soğuk akışkan tabakası ile sıcak olanın temasına sebep olmaktadır. Böylece ısı geçinin artması söz konusu olmaktadır. Gözenekli ortamın geçirgenlik ve dispersiyon katsayıları ile ilgili deneysel veriler literatürde mevcut olmakla birlikte bu verilerin titreşimli akış durumu için kullanılması sözkonusu değildir. Boş kanallardaki titreşimli akış için deneysel olarak belirlenen sürtünme faktörü ve ısı taşınım katsayısı, düz (titreşimli olmayan) akıştakinden çok farklıdır. Bu sebeple, bu çalışma ile gözenekli ortamda titreşimli akış durumu için geçirgenlik, sürtünme ve Nusselt sayıları deneysel olarak tespit edilmiştir.

“Heat and Mass Transfer in Porous Media” is a very important research topic in the fields of heat storage, heat exchangers, heat pipes, heat insulation, cooling of electronic components, chemical reactors, nuclear fuels, space researches etc. Heat transfer in oscillating flow, on the other hand, has also been one of the most studied topics for the recent years due to the fact that it enhances heat transfer considerably. In this work, heat transfer in porous media under oscillating flow has been studied experimentally. Porous medium has an effect of mixing the flow even at very low fluid velocities. By the help of the geometry of the structure, mixed fluid increases the heat transfer from the interfaces. Porosity, permeability and the dispersion coefficient of the porous medium are necessary for the calculation of pressure loss and heat transfer within the medium and they have to be determined experimentally. The non-slip condition at the solid boundaries causes the oscillation frequencies in the boundary layers and the bulk mass to be different from each other. This phenomenon causes the cold and hot fluids to be in contact depending on the amplitude and the frequency of the oscillation. Thus, there occurs an increase in heat transfer. Although, empirical data regarding the permeability and dispersion coefficients of the porous media are available in the literature, these data cannot be used for the case of oscillating flow. Friction factors and the heat transfer coefficients determined for the oscillating flows in empty channels are quite different from those of non-oscillating flows. For this reason, permeability, friction and dispersion coefficients have been experimentally determined in this study.