Research Article
BibTex RIS Cite

Yüksek ısı akılı hareketli bir plakadan olan ısı transferine nanoakışkanların ve çarpan jetlerin müşterek etkisinin sayısal incelenmesi

Year 2021, , 373 - 379, 15.01.2021

Mustafa Kılıç , Murat Gökçek

https://doi.org/10.28948/ngumuh.748791

Abstract

Gelişen teknoloji endüstriyel cihazlar üzerindeki ısıl yükler gün geçtikçe arttırmaktadır. Bu ısıl yüklerin cihazlara vereceği tahribatı engellemek için ısı transferinin artırılması çözülmesi gereken önemli bir problem haline gelmiştir. Bu çalışmada; üzerinde yüksek ısı akısı olan hareketli bir plakadan olan ısı transferinin, nanoakışkanlar ve çarpan jet kullanılarak iyileştirilmesinin sayısal incelemesini hedeflemiştir. Farklı nanoakışkan giriş hızları için hesaplanan Reynolds sayılarının (Re=8000, 16000, 24000, 32000), farklı nanoakışkan hacim oranları (ϕ=0,5, 1,0, 1,5, 2,0), farklı nanoakışkan parçacık çaplarının (Dp= 10, 20, 30, 40 nm) ve farklı plaka hızlarının (Vplaka= 0, 0,5, 1, 2m/s) ısı transferine etkisi sayısal olarak çalışılmıştır. Tüm parametreler için temel akışkan olarak Al2O3-H2O nanoakışkanı kullanılmıştır. Sayısal çalışmada PHOENICS hesaplamalı akışkanlar dinamiği programının k-ε türbülans modeli kullanılmıştır. Çalışma sonucunda; Reynolds sayısı Re=8000-32000 aralığında arttırıldığında Nuort değerinde %54,9 artış olduğu tespit edilmiştir. Nanoakışkan hacimsel oranı ϕ=0,5-2,0 aralığında arttırıldığında ortalama Nusselt sayısında % 2,5’lik bir artış olduğu belirlenmiştir. Nanoakışkan parçacık çapı Dp= 40-10 nm aralığında azaltıldığında ortalama Nusselt sayısında % 9,1’lik bir artış meydana geldiği tespit edilmiştir. Farklı plaka hızlarında ise ortalama Nusselt sayısının genel olarak arttığı belirlenmiştir. Bu artışın; plaka hızı ve akışkan hızının ters yönde olduğu bölgede, aynı olduğu bölgeye göre daha belirgin bir şekilde ortaya çıktığı tespit edilmiştir. Vplaka= 0-2 m/s aralığında Nuort değerindeki artışın %40,9 olarak meydana geldiği belirlenmiştir. Ayrıca sayısal model sonuçları, literatürdeki deneysel sonuçlarla da doğrulanmıştır.

Keywords

Çarpan jet Hareketli plaka Isı transferi Nanoakışkan

Supporting Institution

Adana Alparslan Türkeş Bilim ve Teknoloji Üniversitesi

Project Number

18103006 no’lu Bilimsel Araştırma Projesi

Thanks

Bu çalışma, Adana Alparslan Türkeş Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nin 18103006 no’lu Bilimsel Araştırma Projesi ile desteklenmiştir.

References

  • [1] Z.H. Lin, Y.J. Chou, and Y. H. Hung, Heat transfer behaviours of a confined slot jet impingement, International Journal of Heat and Mass Transfer, 49, 2760-80, 1996. https://doi.org/10.1016/00179310(96 )00135-4
  • [2] S.A. Nada, Slot/Slots air jet impinging cooling of a cylinder for different jets-cylinder configuration, Departmant of Mechanical Engineering Technology BenhaUniversity, 2006. https://doi.org/10.1007/s0023 100601003
  • [3] I. Dagtekin, H. Oztop, Heat transfer due to double laminar slot jets impingement onto an isotermal wall one side closed long duct, Int. Journal of Heat and MassTransfer, 35, 5, 75, 2007. https://doi.org/10.1016/ j.icheatmasstransfer.2007.05.013
  • [4] M. Kilic, T. Çalışır and Ş. Başkaya, Experimental and numerical study of heat transfer from a heated flat plate in a rectangular channel with an impinging jet, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 48, 1-16, 2016.
  • [5] A. McGuinn, T. Persoons, T. O’donovan and D. Murray, Surface heat transfer from an impinging synthetic air jet, International Journal of Heat and Mass Transfer, 20, 1333-38, 2007.
  • [6] S. Khudheyer, F. Oztop and I. Yılmaz, Analysis of turbulent flow and heat transfer over a double forward facing step with obstacles, Heat and Mass Transfer, 39, 1395-1403, 2012. https://doi.org/10.1016/j.icheatmass transfer.2012.07.011
  • [7] T. Demircan, Numerical analysis of cooling an electronic circuit component with cross flow and jet combination, Journal of Mechanics, 35, 3, 395-404, 2019. https://doi.org/10.1017/jmech.2018.11
  • [8] T. Demircan, H. Türkoğlu, The Numerical Analysis of Oscillating Rectangular Impinging Jets, Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, 58, 146-161, 2010. https://doi.org/10.1080/10407782.2010.496669
  • [9] A. Umer, S. Naveed and N. Ramzan, Experimental study of laminar forced convection heat transfer of deionized water based copper (I) oxide nanaofluids in tube with constant wall heat flux, Heat Mass Transfer, 52, 2015-25, 2015.
  • [10] B. Sun, Y. Qu and D. Yang, Heat transfer of single impinging jet with cu nanofluids, Applied Thermal Engineering, 102, 701-7, 2016. https://doi.org/10.1016 /j.applthermaleng.2016.03.166
  • [11] O. Manca, D. Ricci, S. Nardini and Lorenzo G., Thermal and fluid dynamics behaviours of confined laminar impinging slot jets with nanofluids, International Communications in Heat and Mass Transfer, 70, 15-26, 2016.
  • [12] M.A. Teamah, M.M. Dawood and A. Shehata, Numerical and experimental investigation of flow structure and behavior of nanofluids flow impingement on horizontal flat plate, Experimental Thermal and Fluid Science, 74, 235-246, 2015. https://doi.org/ 10.1016/j.expthermflusci.2015.12.012
  • [13] J. Qu, H.Y. Wu and P. Cheng, Thermal performance of an oscillating heat pipe with Al2o3-water nanofluids, International Communication Heat and Mass Transfer, 37, 111-15, 2010 .https://doi.org/10.1016/j.icheatma sstransfer.2009.10.001
  • [14] M. Kilic, H.M. Ali, Numerical investigation of combined effect of nanofluids and multiple impinging jets on heat transfer, Thermal Science, 23, 3165-73, 2019. https://doi.org/10.2298/TSCI171204094K
  • [15] M. Kilic, O. Ozcan, Farklı parametreler için nanoakışkanlar ve çarpan jetlerin müşterek etkisinin sayısal incelenmesi, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34, 1501-16, 2019.
  • [16] S. W. Kang, W. C. Wei, S. H. Tsia and S. H. Yang, Experimental investigation of silver nanofluid on heat pipe thermal performance, Applied Thermal Engineering, 26, 2377-82, 2006. https://doi.org/10.10 16/j.applthermaleng.2006.02.020
  • [17] S. Akcay, U. Akdag, Parametric investigation of effect on heat transfer of pulsating flow of nanofluids in a tube using circular rings, Pamukkale University, Journal of Engineering Sciences, 24(4), 597- 604, 2018.
  • [18] U. Akdag, S. Akcay and D. Demirel, Heat transfer enhancement with nanofluids under laminar pulsating flow in a trapezoidal- corrugated channel, Progress in Computational Fluid Dynamics, An International Journal,17, 302-12, 2017. https://doi.org/10.1504/PC FD.2017.086322
  • [19] U. Akdag, M.A. Komur and S. Akcay, Prediction of heat transfer on a flat plate subjected to a transversely pulsating jet using artificial neural networks, Applied Thermal Engineering, 100, 412–20, 2016. https://doi .org /10.1016/j.applthermaleng.2016.01.147
  • [20] M. Corcione, Empirical correlating equations for predicting the effective thermal conductivity and dynamic viscosity of nanofluids, Energy Conversion and Management, 52, 789–793, 2011. https://doi.org /10.1016/j.enconman.2010.06.072
  • [21] Q. Li, Y. Xuan and F. Yu, Experimental investigation of submerged single jet impingement using cu-water nanofluid, Applied Thermal Engineering, 36, 426–33, 2012. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.10.059

Numerical investigation of combined effect of nanofluid and impinging jet on heat transfer from a high heat flux moving surface

Year 2021, , 373 - 379, 15.01.2021

Mustafa Kılıç , Murat Gökçek

https://doi.org/10.28948/ngumuh.748791

Abstract

Besides technological developments heat loads on industrial systems are also increasing. So increasing rate of heat transfer to prevent demolition of the systems by high heat flux is a significant problem to solve. In this study, enhancement of heat transfer from a moving high heat flux surface with nanofluids and impinging jets was studied numerically. Effects of different Reynolds number for different fluid velocities (Re=8000, 16000, 24000, 32000), different volume ratio of nanofluids (ϕ=0.5, 1.0, 1.5, 2.0), different particle diameter of nanofluids (Dp= 10, 20, 30, 40 nm) and different plate velocities (Vplate= 0, 0.5, 1, 2m/s) on heat transfer were investigated. Al2O3-H2O is used as a base fluid for all parameter. k-ε turbulence model of PHOENICS CFD program was used for numerical analysis. As a result; increasing Re number from Re=8000 to Re=32000 causes an increase of 54.9% on Nuavg, increasing nanofluid volume ratio from ϕ=0.5 to ϕ=2.0 causes an increase of 2.5% on Nuavg, decreasing nanofluid particle diameter from Dp=40 nm to Dp=10 nm causes an increase of 9.1% on Nuavg. It was also determined that increasing plate velocity causes an increase on Nuavg. This increase can be assigned at the region of fluid velocity and plate velocities were at the same direction according to the opposite direction. Increasing plate velocity from Vplate=0 m/s to Vplate=2 m/s causes and increase of 40.9% on Nuavg. Additionally, numerical results were also verified with some experimental results in literature.

Keywords

Impinging jet Moving plate Heat transfer Nanofluid

Project Number

18103006 no’lu Bilimsel Araştırma Projesi

References

  • [1] Z.H. Lin, Y.J. Chou, and Y. H. Hung, Heat transfer behaviours of a confined slot jet impingement, International Journal of Heat and Mass Transfer, 49, 2760-80, 1996. https://doi.org/10.1016/00179310(96 )00135-4
  • [2] S.A. Nada, Slot/Slots air jet impinging cooling of a cylinder for different jets-cylinder configuration, Departmant of Mechanical Engineering Technology BenhaUniversity, 2006. https://doi.org/10.1007/s0023 100601003
  • [3] I. Dagtekin, H. Oztop, Heat transfer due to double laminar slot jets impingement onto an isotermal wall one side closed long duct, Int. Journal of Heat and MassTransfer, 35, 5, 75, 2007. https://doi.org/10.1016/ j.icheatmasstransfer.2007.05.013
  • [4] M. Kilic, T. Çalışır and Ş. Başkaya, Experimental and numerical study of heat transfer from a heated flat plate in a rectangular channel with an impinging jet, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 48, 1-16, 2016.
  • [5] A. McGuinn, T. Persoons, T. O’donovan and D. Murray, Surface heat transfer from an impinging synthetic air jet, International Journal of Heat and Mass Transfer, 20, 1333-38, 2007.
  • [6] S. Khudheyer, F. Oztop and I. Yılmaz, Analysis of turbulent flow and heat transfer over a double forward facing step with obstacles, Heat and Mass Transfer, 39, 1395-1403, 2012. https://doi.org/10.1016/j.icheatmass transfer.2012.07.011
  • [7] T. Demircan, Numerical analysis of cooling an electronic circuit component with cross flow and jet combination, Journal of Mechanics, 35, 3, 395-404, 2019. https://doi.org/10.1017/jmech.2018.11
  • [8] T. Demircan, H. Türkoğlu, The Numerical Analysis of Oscillating Rectangular Impinging Jets, Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, 58, 146-161, 2010. https://doi.org/10.1080/10407782.2010.496669
  • [9] A. Umer, S. Naveed and N. Ramzan, Experimental study of laminar forced convection heat transfer of deionized water based copper (I) oxide nanaofluids in tube with constant wall heat flux, Heat Mass Transfer, 52, 2015-25, 2015.
  • [10] B. Sun, Y. Qu and D. Yang, Heat transfer of single impinging jet with cu nanofluids, Applied Thermal Engineering, 102, 701-7, 2016. https://doi.org/10.1016 /j.applthermaleng.2016.03.166
  • [11] O. Manca, D. Ricci, S. Nardini and Lorenzo G., Thermal and fluid dynamics behaviours of confined laminar impinging slot jets with nanofluids, International Communications in Heat and Mass Transfer, 70, 15-26, 2016.
  • [12] M.A. Teamah, M.M. Dawood and A. Shehata, Numerical and experimental investigation of flow structure and behavior of nanofluids flow impingement on horizontal flat plate, Experimental Thermal and Fluid Science, 74, 235-246, 2015. https://doi.org/ 10.1016/j.expthermflusci.2015.12.012
  • [13] J. Qu, H.Y. Wu and P. Cheng, Thermal performance of an oscillating heat pipe with Al2o3-water nanofluids, International Communication Heat and Mass Transfer, 37, 111-15, 2010 .https://doi.org/10.1016/j.icheatma sstransfer.2009.10.001
  • [14] M. Kilic, H.M. Ali, Numerical investigation of combined effect of nanofluids and multiple impinging jets on heat transfer, Thermal Science, 23, 3165-73, 2019. https://doi.org/10.2298/TSCI171204094K
  • [15] M. Kilic, O. Ozcan, Farklı parametreler için nanoakışkanlar ve çarpan jetlerin müşterek etkisinin sayısal incelenmesi, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 34, 1501-16, 2019.
  • [16] S. W. Kang, W. C. Wei, S. H. Tsia and S. H. Yang, Experimental investigation of silver nanofluid on heat pipe thermal performance, Applied Thermal Engineering, 26, 2377-82, 2006. https://doi.org/10.10 16/j.applthermaleng.2006.02.020
  • [17] S. Akcay, U. Akdag, Parametric investigation of effect on heat transfer of pulsating flow of nanofluids in a tube using circular rings, Pamukkale University, Journal of Engineering Sciences, 24(4), 597- 604, 2018.
  • [18] U. Akdag, S. Akcay and D. Demirel, Heat transfer enhancement with nanofluids under laminar pulsating flow in a trapezoidal- corrugated channel, Progress in Computational Fluid Dynamics, An International Journal,17, 302-12, 2017. https://doi.org/10.1504/PC FD.2017.086322
  • [19] U. Akdag, M.A. Komur and S. Akcay, Prediction of heat transfer on a flat plate subjected to a transversely pulsating jet using artificial neural networks, Applied Thermal Engineering, 100, 412–20, 2016. https://doi .org /10.1016/j.applthermaleng.2016.01.147
  • [20] M. Corcione, Empirical correlating equations for predicting the effective thermal conductivity and dynamic viscosity of nanofluids, Energy Conversion and Management, 52, 789–793, 2011. https://doi.org /10.1016/j.enconman.2010.06.072
  • [21] Q. Li, Y. Xuan and F. Yu, Experimental investigation of submerged single jet impingement using cu-water nanofluid, Applied Thermal Engineering, 36, 426–33, 2012. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.10.059
There are 21 citations in total.

Details

Primary Language Turkish
Subjects Mechanical Engineering
Journal Section Mechanical Engineering
Authors

Mustafa Kılıç 0000-0002-8006-149X

Murat Gökçek 0000-0002-7951-4236

Project Number 18103006 no’lu Bilimsel Araştırma Projesi
Publication Date January 15, 2021
Submission Date June 6, 2020
Acceptance Date October 2, 2020
Published in Issue Year 2021

Cite

APA Kılıç, M., & Gökçek, M. (2021). Yüksek ısı akılı hareketli bir plakadan olan ısı transferine nanoakışkanların ve çarpan jetlerin müşterek etkisinin sayısal incelenmesi. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 10(1), 373-379. https://doi.org/10.28948/ngumuh.748791
AMA Kılıç M, Gökçek M. Yüksek ısı akılı hareketli bir plakadan olan ısı transferine nanoakışkanların ve çarpan jetlerin müşterek etkisinin sayısal incelenmesi. NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. January 2021;10(1):373-379. doi:10.28948/ngumuh.748791
Chicago Kılıç, Mustafa, and Murat Gökçek. “Yüksek ısı akılı Hareketli Bir Plakadan Olan ısı Transferine nanoakışkanların Ve çarpan Jetlerin müşterek Etkisinin sayısal Incelenmesi”. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 10, no. 1 (January 2021): 373-79. https://doi.org/10.28948/ngumuh.748791.
EndNote Kılıç M, Gökçek M (January 1, 2021) Yüksek ısı akılı hareketli bir plakadan olan ısı transferine nanoakışkanların ve çarpan jetlerin müşterek etkisinin sayısal incelenmesi. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 10 1 373–379.
IEEE M. Kılıç and M. Gökçek, “Yüksek ısı akılı hareketli bir plakadan olan ısı transferine nanoakışkanların ve çarpan jetlerin müşterek etkisinin sayısal incelenmesi”, NÖHÜ Müh. Bilim. Derg., vol. 10, no. 1, pp. 373–379, 2021, doi: 10.28948/ngumuh.748791.
ISNAD Kılıç, Mustafa - Gökçek, Murat. “Yüksek ısı akılı Hareketli Bir Plakadan Olan ısı Transferine nanoakışkanların Ve çarpan Jetlerin müşterek Etkisinin sayısal Incelenmesi”. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 10/1 (January 2021), 373-379. https://doi.org/10.28948/ngumuh.748791.
JAMA Kılıç M, Gökçek M. Yüksek ısı akılı hareketli bir plakadan olan ısı transferine nanoakışkanların ve çarpan jetlerin müşterek etkisinin sayısal incelenmesi. NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. 2021;10:373–379.
MLA Kılıç, Mustafa and Murat Gökçek. “Yüksek ısı akılı Hareketli Bir Plakadan Olan ısı Transferine nanoakışkanların Ve çarpan Jetlerin müşterek Etkisinin sayısal Incelenmesi”. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol. 10, no. 1, 2021, pp. 373-9, doi:10.28948/ngumuh.748791.
Vancouver Kılıç M, Gökçek M. Yüksek ısı akılı hareketli bir plakadan olan ısı transferine nanoakışkanların ve çarpan jetlerin müşterek etkisinin sayısal incelenmesi. NÖHÜ Müh. Bilim. Derg. 2021;10(1):373-9.

download