Aktif Akış Kontrolü ile Ters Basamak Ardındaki Isı Geçişinin İyileştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada ters basamak ardındaki ısı geçişinin aktif akış kontrolü ile iyileştirilmesi sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal modellemeler sonlu-hacimler tabanlı laminer, sıkıştırılamaz, daimi olmayan akış çözücü (ANSYS-Fluent) ile kartezyen elemanlardan oluşan ve aktüatör plakasının periyodik hareketini temsil eden hareketli bir bölge bulunduran iki boyutlu bir çözüm ağında yapılmıştır. Aktif akış kontrol düzeneği olarak kullanılan Jet ve Vorteks Aktüatörünün (JaVA) akış ayrılmasını geciktirdiği veya engellediği daha önceki çalışmalarda gösterilmiştir. JaVA gövdesi dikdörtgen kesitli bir kavitedir ve açık olan üst kısmında asimetrik olarak yerleştirilmiş bir levha belirli bir genlik ve frekans ile yatay doğrultuda hareket etmektedir. Levhanın hareketine bağlı olarak akışkan kavite içerisine emilmekte veya kaviteden dışarı enjekte edilmektedir. Oluşan jet veya vorteks akışları, ters basamak aşağıakım bölgesinde, kanal akışına momentum transportu sağlamakta ve aynı zamanda karışımı arttırarak ısı geçişini iyileştirmektedir. Genlik ve levha genişliği sabit tutularak, artan frekans ile (jet-Reynolds sayısı) ters basamak aşağıakım bölgesinde ilerleyen vorteks yapılarının oluşumu gözlemlenmiştir. Bu yapılar daha iyi bir karışım sağlayarak ısı transferini iyileştirmektedirler. Kanal içerisinde oluşan bu vorteks yapıları ısı geçişinin iyileştirilmesindeki ana mekanizmadır. Kanal akışının Reynolds sayısının artması ile JaVA-kaynaklı vorteks yapıları aşağıakım bölgesinde daha da ileriye taşınmakta ve Nusselt sayısı aktüasyon olmayan duruma göre oldukça yükselmektedir

Keywords

• Aktif Akış Kontrolü, Jet ve Vorteks Aktüatörü (JaVA), Ters Basamak Akışı, Isı Geçişi, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD).

Heat Transfer Enhancement Behind a Backward Facing Step with Active Flow Control

Abstract

In this study we investigate simulate the heat transfer enhancement behind a backward facing step with active flow control. The numerical simulations are carried out by a finite volume based laminar, incompressible, unsteady flow solver (ANSYS-Fluent) in a two-dimensional computational domain with Cartesian cells including a moving zone to mimic the periodic motion of the actuator plate. The active flow control device used is a Jet and Vortex Actuator (JaVA) that is shown previously to delay or prevent flow separation. JaVA in its simple form is a rectangular cavity containing an asymmetrically located plate on its opening which moves in horizontal direction with a certain amplitude and frequency. Depending on the motion of the plate, fluid is either ejected out of the cavity or sucked into the cavity. The jet or vortex ejected downstream of the backward facing step transport momentum to the base flow, increases the mixing and thus enhancing heat transfer. Keeping the amplitude and the plate width constant for all cases, it is observed that with increasing frequency (jet-Reynolds number), the traveling vortical structures form downstream of the channel. These vortical structures significantly increase the rate of heat transfer due to better mixing. It is reported that the forming vortical structures in channel is the main mechanism for the increase of heat transfer. It is found that as the incoming flow Reynolds number increases, the extent of the traveling vortical structures moves far downstream distances and the Nu values are much higher compared to the non-actuated base flow

Keywords

• Active Flow Control, Jet and Vortex Actuator (JaVA), Backward Facing Step (BFS) Flow, Heat Transfer Enhancement, Computational Fluid Dynamics (CFD).