Investigation of Heat Transfer Improvement in Combined Jet Flow Channels with Different Channel Height and Fin

The combined jet effect, which consists of the impinging jet and the cross flow, has an effect of increasing the heat transfer from the heated electronic elements. In this study, heat transfer from surfaces with a fixed 1000 W/m2 heat flux pattern was numerically analyzed with a combined jet flow in a channel with different heights (H = 3D and 4D), without fin and 90o angled fin. The numerical study was carried out steady and in three dimensional by using the Ansys-Fluent program with k-ε turbulence model. Considering the studies in the literature, three patterned surfaces were placed on the channels in accordance with the channel dimensions. The Re number range of the fluids used in the channel is 7000-11000. The accuracy and acceptability of the results obtained from the study has been proven by using the equation obtained as a result of experimental research. The results of the study were examined comparatively in the finless and finned cases as the average Nu number and surface temperature changes for each pattern in the channels. In addition, the velocity and temperature contour distributions of the combined jet flow were presented for different channel heights, taking into account the interactions between the jet and the pattern. At Re = 9000, the Num value was 27.37% higher in H = 3D and for all three patterned surfaces compared to the finless channel in the finned channel, while this increase value was 11.42% in H = 4D.

Çarpan jet-çapraz akıştan oluşan birleşik jet etkisi ısınmış elektronik elemanlardan olan ısı transferini artırıcı bir etkiye sahiptir. Bu çalışmada, sabit 1000 W/m2 ısı akılı desenli yüzeylerden olan ısı transferi farklı yüksekli (H = 3D ve 4D), kanatçıksız ve 90o açılı kanatçıklı kanalda birleşik jet akışı ile sayısal olarak analiz edilmiştir. Sayısal çalışma, sürekli ve üç boyutlu olarak k-ε türbülans modelli Ansys-Fluent programının kullanılmasıyla gerçekleştirilmiştir. Literatürdeki çalışmalar da göz önüne alınarak kanal boyutlarına uygun olacak şekilde kanallara üçer adet desenli yüzey yerleştirilmiştir. Kanalda kullanılan akışkanların Re sayısı aralığı 7000-11000’ dir. Çalışmadan elde edilen sonuçların doğruluğu ve kabul edilebilirliği deneysel araştırmalar sonucu elde edilen eşitlik kullanılarak kanıtlanmıştır. Çalışmanın sonuçları, kanallardaki her bir desen için ortalama Nu sayısı ve yüzey sıcaklığının değişimleri olarak kanatçıksız ve kanatçıklı durumlarda karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Ayrıca, birleşik jet akışının hız ve sıcaklık konturu dağılımları jet-desen arası etkileşimler de göz önüne alınarak farklı kanal yükseklikleri için sunulmuştur. Re = 9000’ de kanatçıklı kanalda kanatçıksız kanala göre H = 3D ve her üç desenli yüzey için Num değeri %27,37 daha fazla iken H = 4D’ de bu artış değerinin %11,42 olduğu tespit edilmiştir.