Düşey perdeli duvarlarda doğal taşınım ile ısı geçişinin sayısal çözümü

Abstract

Sabit sıcaklıkta ısıtılan düşey duvardan ortama doğal taşımınla ısı geçişi karakteristiklerinin, duvara paralel olarak yerleştirilen ve ısıtılmayan bir levha tarafından nasıl etkilendiğinin sayısal çözümleme ile tespiti için sunulan bu çalışma dört ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde doğal taşınım olayı ve bazı uygulamaları açıklanmış, ve akabinde, bu çalışmanın amacı ve önemi vurgulanmıştır. Düşey tek levha ve paralel levha halleri için, değişik sınır şartlarında daha önce yapılmış çalışmalar, ikinci bölümde özetlenmiştir. Bir sonraki bölümde ise, "Fluent Flow Modeling V 4.51" akış modelleme programı kullanılarak yapılan sayısal çözüm, bu modelleme programında kullanılan yöntem, parametre ve değerlendirmede izlenen yol açıklanmış ve dördüncü bölümde de sonuçlar ve analizleri verilmiştir. Yapılan çözüm, gözlem ve daha önce yapılan çalışmalardan, hava için, taşınımla ısı geçişinin en aza indiği, optimum kanal geometrisinin, kenar oranının, H«62.5 değerlerinde elde edildiği anlaşılmıştır. H>62.5 aralığında, hakim olan ısı geçiş rejiminin iletim olduğu ve küçülen kenar oram ile, taşınımla ısı geçişinin, tek duvar haline oranla azaldığı görülmüştür. Kenar oranının daha da küçülmesi yani, kanal genişliğinin artması ile, akışkan hareketlerinin hızlanması sonucu, taşınım, hakim rejim haline gelmiş ve hatta kanal içindeki baca çekiş etkisinin artması ile ısı taşınımının, tek duvar haline oranla daha fazla olduğu tesbit edilmiştir. Kanal genişliği daha da artınca, baca çekişinin etkisi ortadan kalkmış ve ısı taşınımı yeniden azalmıştır. Belirli bir levha açıklığından sonra, ısıtılmayan levhanın kanal içine bakan yüzeyinde, duvardan aldığı ışınım ısısını taşınımla ortama vermesi sonucu, ayrı bir sınır tabakanın geliştiği görülmüştür. İki sınır tabakanın kesişmesi sonucu, kanal içinde tüm yükseldik boyunca, sıcaklık gradyeninin sıfir olduğu noktalarda, kanal genişliğince minimum akışkan sıcaklığının serbest akışkan sıcaklığından daha yüksek olduğu ve bu noktaların geometrik yerinin, izolasyon etkisi gösteren bir adyabatik akışkan tabakası oluşturduğu gözlemlenmiştir. Bu nedenle ısı taşınım miktarı, tek duvar haline oranla azalmış ve kenar oranının daha da küçülmesi ile sınır tabakalar arasındaki etkileşimin ortadan kalkması sonucu tek duvar halindeki taşınım karakteristiklerinin yeniden oluştuğu görülmüştür.In this master degree thesis, a numerical analysis of natural convection in an open- ended vertical channel has been performed with air in the channel and in the ambient surrounds the channel. Heating conditions are such that, one of the principal walls of the channel-the heated wall- is maintained at a uniform temperature, Tw (elevated with respect to ambient), while the other principal wall is unheated. At first, numerical solutions are carried out for the single vertical isothermal wall case with air and results are compared with relevant previous works existing in literature. In the second step of the work, one thin plate as the same geometry as the one mentioned above, is placed parallel to the heated plate with different spacing. The effect of unheated plates on natural convection heat transfer from heated wall to ambient is solved and results are compared with the previous works. Rayleigh number based on the height of the channel or the plate, is kept in a range of 3xl07<ral<h1 means, amount of convection heat transfer from the heated plate to ambient in the parallel plates case, is more than the amount observed in the single plate case. Otherwise, it means that, the non-heated plate has made isolation effect and the amount of heat transfer by convection in the parallel plates case is less then that in the single plate case. </ral