İKİ FARKLI ISITICIYLA ISITILMIŞ DİKDÖRTGEN BİR KAPALI BÖLGE İÇİNDE DOĞAL KONVEKSIYONLA ISI TRANSFERİ

Abstract

Bu çalışmada, üniform ısı akısıyla ısıtılmış dikdörtgen kapalı bir bölge içindeki doğal konveksiyonla ısı transferi, nümerik olarak incelenmiştir. Akışın iki boyutlu, daimi, laminer akış olduğu kabul edilmiştir. Nümerik çözüm için diferansiyel quadrature (DQ) yöntemi kullanılmıştır. Kapalı bölgenin iki duvarı eş sıcaklıkta, alt ve sol duvarı sabit ısı akısıyla kısmi olarak ısıtılmış olup, kalan diğer kısımlar ise adyabatik tutulmuştur. Akış alanı ve sıcaklık dağılımı üzerinde Grashof sayısının, kapalı bölgenin boyut oranının etkisi ve ısıtıcı uzunluklarının etkin parametreler olduğu tespit edilmiştir. Ele alınan bu parametrelerden Grashof sayısı 104-10 ve kapalı bölgenin boyut oranı ise A=0.5, 1 ve 2 olarak, boyutsuz ısıtıcı uzunlukları ise 0.2 ≤ε≤ 1 aralığında seçilmiştir. Elde elden sonuçlara göre ısı transferi, Grashof sayısı arttıkça artmaktadır. Isıtılan alt ve sol duvarlarda ortalama Nusselt sayısının değeri karşılaştırıldığında, alt duvarda daha yüksektir. Isıtıcı uzunlukları arttıkça, sıcaklık artmakta ve ısı transferi düşmektedir. Uzun kaviterlerde ortalama Nusselt sayısının değeri en yüksek değerlere ulaşmaktadır

Keywords

• Doğal konveksiyon, dikdörtgen kapalı bölge, ısı akısı, DQ yöntemi

Natural Convection Heat Transfer in Rectangular Enclosure Heated with Two Different Heaters

Abstract

Heat Transfer of natural convection in an rectangular enclosure heated with a uniform heat flux is investigated numerically in this study. Two-dimensional, steady, laminar flow is considered. Differential Quadrature (DQ) technique was used for numerical solutions. Two walls of enclosure are isothermal and the others are partially heated with constant heat flux. Grashof numbers, length of heaters and aspect ratio of enclosure are significant parameters for fluid flow and distribution of temperature. Considering these parameters, Grashof number is chosen between 104-106, aspect ratio is chosen as A=0.5, 1 and 2. and length of heaters are 0.2≤ε≥1. Results show that, quantitiy of heat transfer increases while Grashof number increases. Considering heated bottom and left walls, value of average Nusselt number is higher in comparison with bottom wall. While length of heaters increases, temperature increases and heat transfer rate decreases. Average Nusselt number value reachs to maximum value for tall cavities

Keywords

• Natural convection, rectangular enclosure, heat flux, DQ method

References

1. Aydin, O.,and Yang, W. J., Natural convection in enclosures with localized heating from below and symmetrical cooling from sides, Int. J. Num. Meth. Heat Fluid Flow, 10 (2000) 518-529.
2. Belman, R.E., Kashef, B.G., Casti, J., Differential quadrature: a technique for the rapid solution of nonlinear partial differential equations, Journal of Computational Physics 10 (1972) 40-52.
3. Calgagni, B., Marsili, F., Paroncini, M., Natural convective heat transfer in square enclosures heated from below, Appl. Therm. Eng. 25 (2005) 2522–2531
4. Cheikh, N.B., Beya, B.B,. Lili, T., Influence of thermal boundary conditions on natural convection in a square enclosure partially heated from below, International Communications in Heat and Mass Transfer 34 (2007) 369–379.
5. De Vahl Davis, G. Natural convection of air in a square cavity: a benchmark numerical solution, International Journal for Numerical Methods in Fluids 3 (1983) 249-264.
6. Deng, Q.H., Fluid flow and heat transfer characteristics of natural convection in square cavities due to discrete source–sink pairs, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2008, 51, (2008), 5949-5957.
7. Ece, M.C., Büyük, E. Natural-convection flow under a magnetic field in an inclined rectangular enclosure heated and cooled on adjacent walls, Fluid Dyn. Res. 38 (2006) 564-590.
8. Kahveci, K., Natural convection in a partitioned vertical enclosure heated with a uniform heat flux, ASME Journal of Heat Transfer 129 (2007) 717-726.

9. Sarris, I.E., Lekakis, I., Vlachos, N.S., Natural convection in rectangular tanks heated locally from bellow, Int. J. Heat Mass Transfer 47 (2004) 3549–3563.
10. Sharif, M.A.R. Mohammad, T.R., Natural convection in cavities with constant flux heating at the bottom wall and isothermal cooling from the sidewalls, Int. J. Therm. Sci. 44 (2005) 865–878.
11. Shu, C. Differential quadrature and its application in engineering, Springer and Verlag, 2000.
12. Shu, C., Richards, B.E. Application of generalized differential quadrature to solve two–dimensional incompressible Navier Stokes equations, International Journal for Numerical Methods in Fluids 15 (1992) 791-798.