Experimental Investigation of Fin Surface Temperature Change at Different Air Flow Angles

Year 2023, , 871 - 881, 15.09.2023

Birkut Güler

https://doi.org/10.31466/kfbd.1255392

Abstract

We can observe the practical applications of fin cooling systems in various industrial contexts, particularly in engines and places where cooling is essential. In engineering studies, the implementation of fins plays a significant role in enhancing heat transfer from a surface to the surrounding air or fluid. The primary objective of using fins is to increase the effective surface area, thus improving heat transfer from the surface. However, the base to which the fin is attached introduces a resistance to heat conduction, making the use of fins not always beneficial. This efficiency of fins is expressed as their effectiveness. In this study, an aluminum fin was investigated under different air blowing conditions using a 450 W heater. The study involved applying thermal paste to the heater's surface and attaching aluminum fins to it. Different fan orientations were tested to understand their effect on convective heat transfer. The fan was placed perpendicular to the fins, parallel to them, and at a 45-degree angle. The results showed that the configuration with the fan perpendicular to the surface exhibited the lowest surface temperature on the lower base of the fin. These findings emphasize the critical role of fan orientation in thermal management, providing valuable insights for optimizing heat transfer in practical applications. Such scientific research has the potential for application in industries and engineering fields seeking to enhance energy efficiency and improve the design of thermal systems.

Keywords

Convection Coefficient, Heat Transfer, Cooling

Farklı Hava Üfleme Açılarında Kanat Yüzey Sıcaklığı Değişiminin Deneysel Olarak Araştırılması

Abstract

Kanatla soğutma uygulamalarının endüstride uygulamalarını görebilmekteyiz. Motorlarda ve soğutma ihtiyacı olan yerlerde sıklıkla kullanılmaktadır. Mühendislik çalışmalarında, kanat uygulamalarının bir yüzeyden çevredeki havaya veya akışkana ısı transferini iyileştirmek önemli bir yer tutmaktadır Kanat kullanmanın amacı etkili yüzey alanını artırarak yüzeyden ısı transferini artırmaktır. Bununla birlikte kanadın bağlı olduğu alt taban da bir iletim direnci oluşturmaktadır. Bu nedenle kanatçık kullanmak her zaman ısı transferini artırmayabilir. Bu da kanat etkinliği ile ifade edilir. Bu çalışma, 450 W gücünde bir ısıtıcı kullanılarak alüminyum bir kanadın farklı hava üfleme konumlarında termal davranışını incelemek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Çalışmada ısıtıcı üzerine alüminyum plaka ve yüzeyine termal macun uygulanmış ve ardından üzerine alüminyum kanatlar (finler) yerleştirilmiştir. Ayrıca, ısı transferinin nasıl etkilendiğini anlamak için farklı fan konumları denenmiştir. Fan, kanatlara dik, paralel ve 45 derece açıyla yerleştirilmiştir. Sonuçlar, fanın plakanın yüzeyiyle dik olarak yerleştirildiği durumda kanadın alt tutucusunun en düşük yüzey sıcaklığına sahip olduğunu göstermiştir. Bu sonuçlar, termal yönetimde fan konumunun kritik bir faktör olduğunu vurgulayarak ısı transferini optimize etmek için pratik uygulamalarda kullanılabilecek önemli bilgiler sunmaktadır. Bu tür bilimsel çalışmalar, enerji verimliliğini artırmak ve ısıl sistemlerin tasarımını geliştirmek isteyen endüstri ve mühendislik alanlarında uygulama potansiyeli taşımaktadır.

Keywords

Taşınım Katsayısı, Isı Transferi, Soğutma.

References

• Bahadori,A., Vuthaluru, H.B.,(2010). Predictive tool for estimation of convection heat transfer coefficients and efficiencies for finned tubular sections. International Journal of Thermal Sciences, 49,1477-1483
• Bergman, T.L., Lavine, A.S.,Incropera, F.P., Dewitt, D.P. (2011). Fundamentals of Heat and Mass Transfer (7th ed.) United States of America. John Wiley & Sons.
• Ghafroki, P.S., Kallaste, A., Vaimann, T., Rassolkin, A., Belahcen, A.(2017). Determination of Forced Convection Coefficient Over a Flat Side of Coil. 58th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University, 978-1-5386-3846.
• Illés, B., Harsányi, G.(2009). Investigating direction characteristics of the heat transfer coefficient in forced convection reflow oven. Experimental Thermal and Fluid Science, 33, 642–650
• Khaled, A-R.A., (2009). Analysis of heat transfer through Bi-convection fins. International Journal of Thermal Science, 48,122-132
• Lv, L., Xiang,Y.,Gu, Z., Huang, C., (2020). Dynamic characteristics of convection heat and radiation heat on building surfaces under cyclic heat flow. Science Progress, 105(1), 1–21.
• Niezgoda- Zelasko, B., Zelasko, J.(2014). Free and forced convection on the outer surface of vertical longitudinally finned tubes. Experimental Thermal and Fluid Science, 57,145–156.
• Rajasekaran, E., Kumar, B., Muruganandhan, R., Raman,S.V., Antony, U.(2018). Determination of forced convection heat transfer coefficients and development of empirical correlations for milk in vessel with mechanical agitators. J Food Sci Technol,55(7), 2514–2522.
• Sartori, E.(2006). Convection coefficient equations for forced air flow over flat surfaces, Solar Energy, 80,1063–1071
• Shih, T., Thamire, C., ve Zhang, Y., (2011). Heat convection length for boundary-layer flows. International Communications in Heat and Mass Transfer, 38, 405–409.
• Xue, X., Han, S., Guo, D., Zhao, Z., Zhou, B., Li, F., (2022). Study of the Convective Heat Transfer Coefficient of Different Building Envelope Exterior Surfaces. Buildings, 12,860.
• Wu, S-Y., Wang, K., Xiao, L., & Chen, S-M., (2016). Wind Effect on Combined Convection and Surface Radiation Heat Losses of a Fully Open Cylindrical Cavity With Insulation. Heat Transfer Engineering, 37(5):456–467