KENARLARINDA ISINMIŞ EŞKENAR ÜÇGEN ENGEL ÇİFTİ BULUNAN DİKEY BİR KANALDAKİ KARIŞIK TAŞINIM ISI TRANSFERİNİN ARTIRILMASININ İNCELENMESİ

Year 2025, Volume: 30 Issue: 1, 273 - 292, 28.04.2025

Koray Karabulut , Yeliz Alnak

https://doi.org/10.17482/uumfd.1527607

Abstract

Bu çalışmada, birbirine paralel dikey levhalar üzerinde ikişer tane olmak üzere simetrik şekilde toplamda dört tane eşkenar üçgen geometrili sabit ısı akılı elektronik engel bileşenlerinin bulunduğu bir kanalda karışık taşınımla ısı transferi ve engeller etrafındaki akışkan hareketi sayısal olarak araştırılmıştır. Sayısal inceleme, zamandan bağımsız, laminer ve iki boyutlu olarak süreklilik, momentum ve enerji denklemlerinin Ansys-Fluent bilgisayar programı kullanılarak çözülmesiyle yapılmıştır. Akışın kanal içerisindeki ısınmış engel elemanlarına yönlendirilmesi amacıyla kanalın üst giriş yüzeylerine 30o, 45o ve 60o açılarında akış yönlendirici kanatçıklar yerleştirilmiştir. Kanalın engel elemanı hariç diğer yüzeyleri ve akış yönlendiriciler adyabatiktir. Kanalda çalışma akışkanı olarak 293 K giriş sıcaklığında su kullanılmıştır. Çalışmadaki Reynolds sayısı (Re) değerleri 100, 300 ve 500 iken; değiştirilmiş Richardson sayısı (Ri*) aralığı 50-150 ve Akış Geçiş Mesafesi (AGM) oranları 2 ve 4 olarak alınmıştır. Çalışmanın sonuçları, literatürdeki deneysel ve sayısal sonuçlarla karşılaştırıldığında oldukça uyumlu oldukları görülmüştür. Ri*=50, Re=100 ve AGM=4 için 60o açılı kanalda elde edilen Num değerinin AGM=2’deki değerinden %32,88 daha fazla olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, AGM=2, Re=500 ve Ri*=150 için kanatçıksız durumla kıyaslandığında 30o, 45o ve 60o açılı kanatçıklı durumlarda ∆p değerlerinin sırasıyla %9,06, %9,04 ve %9,66 daha yüksek oldukları bulunmuştur.

Keywords

Karışık taşınım , Kanatçık , Richardson sayısı , Eşkenar üçgen engel , Isı transferi

Supporting Institution

Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (CÜBAP) birimi

Project Number

STBMYO-2024-005

Thanks

Bu çalışma, Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (CÜBAP) birimi tarafından STBMYO-2024-005 proje numarası ile desteklenmiştir.

Investigation of the Increase of Mixed Convection Heat Transfer In A Vertical Channel with Warmed Equilateral Triangular Obstacle Pair on Edges

Abstract

In this study, mixed convection heat transfer and fluid movement around the obstacles were numerically investigated in a channel where electronic barrier components have a total of four equilateral triangular geometries with constant heat flux, two symmetrically on parallel vertical plates. Using the Ansys-Fluent computer program, a numerical analysis was carried out by solving steady, laminar and twodimensional continuity, momentum and energy equations. Flow-directing fins were placed on the upper entrance surfaces of the channel at angles of 30o, 45o and 60o to direct the flow to the heated obstacle elements in the channel. Except for the obstacle element, other surfaces of the channel and flow directors are adiabatic. Water with an inlet temperature of 293 K was used as the working fluid in the channel. While the Reynolds number (Re) values in the study were 100, 300 and 500; the modified Richardson number (Ri*) range was taken as 50-150 and the Flow Transition Distance (FTD) ratios were taken as 2 and 4. The study's results were compared with the experimental and numerical results in the literature and found to be quite compatible. For Ri*=50, Re=100 and AGM=4, the Num value obtained in the 60o-angle channel was 32.88% higher than in AGM=2. Additionally, ∆p values were found to be 9.06%, 9.04% and 9.66% higher in cases with 30o, 45o and 60o angle fins, respectively, compared to the case without fins for FTD=2, Re=500 and Ri*=150.

Keywords

Mixed convection , Fin , Richardson number , Equilateral triangle obstacle , Heat transfer

Project Number

STBMYO-2024-005

References

• Auletta, A., Manca, O., Morrone, B., Naso, V. (2001) Heat transfer enhancement by the chimney effect in a vertical isoflux channel, International Journal of Heat and Mass Transfer, 44(22), 4345-4357. doi:10.1016/S0017-9310(01)00064-3
• Boutina, L., Bessaih, R. (2011) Numerical simulation of mixed convection air cooling of electronic components mounted in an inclined channel, Applied Thermal Engineering, 31 (11-12), 2052-2062. doi:10.1016/j.applthermaleng.2011.03.021
• Choi, C.Y., Ortega, A. (1993) Mixed convection in an inclined channel with a discrete heat source, International Journal of Heat and Mass Transfer, 36, 3119-3134. doi:10.1016/0017-9310(93)90040-D
• Coetzee, M. J., Steyn, D., Everts, M., (2024) The local heat transfer characteristics associated with mixed convective developing flow through a horizontal tube exposed to a uniform wall temperature boundary condition, International Journal of Thermal Sciences, 203, 109167. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2024.109167
• Forooghi P., Hooman K. (2013) Effect of buoyancy on turbulent convection heat transfer in corrugated channels a numerical study, International Journal of Heat and Mass Transfer, 64, 850-862. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.05.028
• Hamouche, A., Bessaïh, R. (2008) Mixed convection air cooling of electronic components mounted in a horizontal channel, International Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 3(1), 53-64.
• Hamouche, A., Bessaih, R. (2009) Mixed convection air cooling of protruding heat sources mounted in a horizontal channel, International Communications in Heat and Mass Transfer, 36(8), 841-849. doi:10.1016/j.icheatmasstransfer.2009.04.009
• Jang, J. H., Yan, W. M. (2004) Mixed convection heat and mass transfer along a vertical wavy surface, International Journal of Heat and Mass Transfer, 47(3), 419-428. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2003.07.020
• Lee, J. S., Ha, M. Y., Min, J. K. (2021) Numerical study on the mixed convection around inclined-pin fins on a heated plate in vertical channels with various bypass ratios, Case Studies in Thermal Engineering, 27, 101310. doi:10.1016/j.csite.2021.101310
• Nosonov, Ivan I., Sheremet, Mikhail A. (2018) Conjugate mixed convection in a rectangular cavity with a local heater, International Journal of Mechanical Sciences, 136, 243-251. doi:10.1016/j.ijmecsci.2017.12.049
• Papanicolaou, E., Jaluria, Y. (1993) Mixed convection from a localized heat source in a cavity with conducting walls: a numerical study, Numerical Heat Transfer Part A: Applications, 23(4), 463-484. doi:10.1080/10407789308913683
• Rosas, I.Y., Trevino, C., Martinez-Suastegui, L. (2017) Experimental study of mixed convection heat transfer in a vertical channel with a one-sided semicylindrical constriction with prescribed heat flux, International Journal of Heat and Fluid Flow, 67(Part A), 155-167. doi:10.1016/j.ijheatfluidflow.2017.08.007
• Sharif, M. A. R. (2007) Laminar mixed convection in shallow inclined driven cavities with hot moving lid on top and cooled from bottom, Applied Thermal Engineering, 27(5-6), 1036-1042. doi:10.1016/j.applthermaleng.2006.07.035
• Özdemir, S., Kılıç, M., Çalışır, T., Başkaya, Ş. (2023) Numerical investigation of enhancing mixed convection heat transfer by using semicylindrical obstacles in a vertical channel, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 38 (3), 1805-1820. doi: 10.17341/gazimmfd.1008154
• Wang, Q., Jaluria, Y. (2002) Instability and heat transfer in mixed convection flow in a horizontal duct with discrete heat sources, Numerical Heat Transfer Part A: Applications, (42), 445-463. doi:10.1080/10407780290059648
• Wetzel, T., Wagner, C. (2019) Buoyancy-induced effects on large-scale motions in differentially heated vertical channel flows studied in direct numerical simulations, International Journal of Heat and Fluid Flow, 75, 14-26. doi:10.1016/j.ijheatfluidflow.2018.09.005
• Yang, M. H., Yeh, R. H., Hwang, J. J. (2010) Mixed convective cooling of a fin in a channel, International Journal of Heat and Mass Transfer, 53, 760-771. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.10.012
• Zhang W., Wei Y., Yu P., Zhu Z. (2022) Numerical investigation on buoyancy-driven flow over a circular cylinder in a channel with nonparallel walls, Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, 82(6), 299-316. doi:10.1080/10407782.2022.2078587
• Zhu, H. J., Zhong, J. W., Liu, B., Zhou, T. M. (2024) Unsteady wake and heat transfer characteristics of three tandem circular cylinders in forced and mixed convection flows, Physics of Fluids, 36(7), 073602. Doi:10.1063/5.0213990