Dik Üçgen Kesitli Kanallarda Doğal Taşınımın Sayısal İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, dik üçgen kesitli kanallarda doğal taşınımın sayısal incelemesi yapılmıştır. Literatürde kare ve silindirik kesitli kanallarda birçok çalışma yapılmış olmasına rağmen üçgen kesitlerde doğal taşınım, sınırlı sayıda çalışmanın konusu olmuştur. Dik üçgen geometrisine sahip kanallarda gerçekleşen doğal taşınımın temsil ettiği uygulamalar arasında, binaların çatı katlarının ısınması, elektronik ekipmanların soğutma sistemleri ve güneş enerjisi sistemleri sayılabilir. Kartezyen koordinatlarda, iki boyutlu, sıkıştırılamaz, daimi Navier Stokes denklemlerinin Sonlu Hacimler yöntemi kullanılarak sayısal çözümü ele alınmıştır. Çeşitli sınır koşullarına sahip dik üçgenlerde yapılan hesaplamalar sonrasında değişik Rayleigh sayılarında oluşan akım ve eş sıcaklık çizgileri çıkartılmıştır. Rayleigh sayısının ve sınır koşullarının doğal taşınıma yaptığı etkilerin araştırıldığı bu bölümlerde, sıcak kenarlar üzerindeki ortalama Nusselt sayıları da hesaplanarak durumlar arası karşılaştırma yapılmıştır. Bu çalışmada, dik üçgenin haricinde bu geometriye çok benzeyen dik yamuk ve çeyrek daire kesitlerinde de incelemeler yapılmış ve şekil değişikliğinin ısı transferi üzerindeki etkileri de araştırılmıştır. Hesaplamalarda bulunan sonuçlar, daha önce benzer kesitlerde ve sınır koşullarında yapılan çalışmalarla karşılaştırılmıştır.

In this study, natural convection in right triangular enclosures is numerically analyzed. Although, a great number of works, in which numerical methods were used, are concerned with the investigation of convection in rectangular and cylindirical cavities, natural convection in triangular enclosures have been the subject of a limited number of studies. The triangular cavitiy problem has been looked into in order to understand heat transfer in attics, electronical equipments and solar energy systems. The solution of two dimensional, incompressible, steady-state Navier Stokes equations are numerically solved in cartesian coordinates by Finite Volumes Method. Streamlines and isotherms are presented for different triangular enclosures with different boundary conditions and Rayleigh numbers. Also, mean Nusselt numbers on hot walls are calculated in order to make comparisons between different cases. The solutions are repeated for different aspect ratios where boundary conditions represent the summer time cooling and winter time heating of an attic space. So, the effect of aspect ratio on natural convection could be investigated. In this study, right trapezoidal and quarter circular enclosures which are very similar to right triangles are also examined. Consequently, we had the opportunity to analyze how shape changes affect the heat transfer. The results of the calculations are compared with the corresponding previous studies which use the similar enclosures and boundary conditions.