Akışa dik yerleştirilmiş kare boşluklar içeren bir plakanın kanal içerisindeki akış ve ısı transferi karakteristiklerine etkisinin sayısal incelenmesi

Yıl 2016, Cilt: 7 Sayı: 3, 559 - 568, 01.12.2016

Ömer Faruk Can

Öz

Bu çalışmada içerisinde akışa dik yönde 9 adet kare şeklinde boşluklar olan kanaldaki akış etkileri
incelenmiştir. Kare şeklindeki boşluklar kanalın tam merkezine yerleştirilmiştir. Çalışma üç boyutlu olarak
incelenmiştir. Kare boşluklar için blokaj oranları (en/boy) 1 olarak seçilmiştir. Kullanılan her bir kare
boşluğun kenar uzunluğu 4s, boşlukla cidar arası mesafe s, boşluklu kısmın et kalınlığı w = s/2, kanal
genişliği ve yüksekliği D = 16s, kanal boyu 200s, kanal girişinden kare boşluklu kısma kadar olan mesafe
100s, kare boşluklu kısımdan kanal çıkışına kadar olan mesafe 100s olarak alınmıştır. Reynolds sayısının
1000 değeri için laminer çalışılmıştır. Akışkan olarak 30o
C’de hava kullanılmıştır. Boşlukların olduğu
yüzeyler 50o
C sabit cidar sıcaklığındadır. Modelleme ve çözüm işlemi için Ansys Cfx yazılımı kullanılmıştır.
Çalışmada 22747 düğüm, 115742 eleman kullanılmıştır. Süreklilik, x, y, z momentum ve enerji denklemleri
için yakınsama değeri 1x10-6 olarak alınmıştır.
Çalışma sonucunda engel boyunca hız, basınç ve sıcaklık değerleri incelenmiştir. Özellikle kare boşluklu
kısımlarda ve sonrasında bu etkilerin daha belirgin olduğu izlenmiştir. Boşluklu kısımda yaşanan ani
daralma ve hemen sonrasında ani genişleme akışın yapısını oldukça değiştirmiştir. Ardından oluşan
girdaplar ve kararsız akıştan dolayı akışın üniform hale daha geç ulaştığı görülmüştür. Boşluklu kısımlardan
sonra 100-300 mm sonrasında boşluklu kısmın hız, basınç ve sıcaklık değerleri üzerindeki etkisinin oldukça
azaldığı görülmüştür. Hız değerleri incelendiğinde laminer hız profilinin boşluklu kısımdan yaklaşık 300 mm
sonrasında üniform hale geldiği görülmüştür. Basınç değerlerinde yaklaşık 400 mm ve sıcaklık değerlerinde
70 mm ve sonrasında boşluk etkilerinin tamamen azaldığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Kanal içi akış , hesaplamalı akışkanlar dinamiği , akış düzenleyici

Numerical investigation of a plate including square spaces placed cross-stream to the effect of fluid flow and heat transfer characteristics in a channel

Öz

Flow in channel is encountered frequently within the
engineering system. Cooling of electronic devices,
heat exchangers, many places where the fluid acts
as cooling and heating ducts are exemplary flow
within the channel. When fluid encounters an
obstacle or wall, it is forced to stop due to the shear
stress in the opposite direction in the fluid flow
inside the chanell. It have importance that the type
of flow is laminar or turbulent due to friction effects
in these areas. Turbulent flow is an undesirable case
because it creates unstable vortex motions.
Sometimes, though flow is laminar turbulence can
be seen after striking an obstacle. Although increase
in friction is undesirable, friction on the walls will
increase the heat transfer by generating some heat.
The important matter is consideraton that when
increasing the heat transfer controlled by placing
obstacle in the vertical direction of flow, frictional
resistance will also increase. Flow sometimes
become irregular suddenly with the sudden increase
in velocity due to the cross-sectional narrowing
when passing through narrowing place like nozzle
and ventury. To prevent this case, grill type
obstacles are placed perpendicular direction to flow
in various sections. Placed these obstacles allow the
recovery again or earlier of flow becamed unstable.
Sometimes using the opposite way to this event, flow
is allowed to enter the earlier turbulence from
laminar. All of these systems may be preferable to
control the flow.
In this study, flow effects within the channel with 9
squares gaps perpendicular direction to the flow
was investigated. Square shaped spaces are
positioned at the center of the channel. Study was
performed in three dimensions.. Blockage rates
(width / height) for square gaps are selected as 1. It
was taken side length of each square gaps used as
4s, the distance between space and wall as s, wall
thickness of the hollow portion as w = s/2, the
channel width and height as D=16s, channel length
as 200s, the distance from the channel inlet to
square hollow section as 100s, fromsquare hollow
section to channel output as 200s. Laminar has been
studied for 1000 value of the Reynolds number.
Surfaces where the gaps placed are in constant wall
temperature of 50 ° C. Ansys Cfx software was used
for modeling and solution process. 22747 node and
115742 elements were use in study. Convergence
values are taken as 1.10-6 for continuity, x, y, z
momentum and energy equation
As a result of study, velocity, pressure and
temperature values along obstacles were examined.
These effects were observed as distinct especially at
square hollow sections and following of them.
Sudden narrowing at hollow portion and sudden
expantion immediately afterwards have changed
follow structure fairly quite) Slow flow recovery
was observed due to the swirls and unstable flow. It
has been observed that the effect of hollow portion
on velocity, pressure and temperature values
considerably reduced after 100-300 mm of hollow
portions, When velocity values analyzed; 800 mm
after the channel entry wall effects has led to the
formation of fully developed velocity profile. L =
1000 mm is the centre of square gap. Here, the
velocity profile has changed completely. Fluid has
undergone sudden contraction in this region. Section
has decreased and velocity has increased.
Undergoing a sudden expansion of the fluid after the
2.5 mm distance from this area has delayed the
recovery of flow after space. Maximum velocity has
up to about 0.24 m/s from 0.19 m/s in this region.
Flow has failure in recovery due to sudden
expansion and formed swirl effects from gap output
to 300 mm after. L = 1300 mm was obtained as
critical length that the velocity profile starts
recovering.
It has seen that space effects reduced completely at
400 mm for pressure values and at 70 mm and after
for temparature values.

Anahtar Kelimeler

Flow in channel , computational fluid dynamics , flow regulator