Çarpan Hava Jetlerinde Farklı Parametrelerin Hız Sınır Tabakası Üzerindeki Etkisinin Simülasyonu

Öz

Çarpan hava jetleri yüksek ısı transfer oranları, hız ve birçok ayarlanabilir parametreye sahip olmaları nedeni ile tercih edilirler. Bu özellikleri nedeni ile soğutma alanında da kullanılabilirler. Elektronik elemanların soğutulması, kağıt, tekstil ürünleri ve gıda kurutma gibi sektörler başta olmak üzere kullanımı oldukça yaygındır. Bu çalışmada çarpan hava jetlerinde parametrelerin hız sınır tabakası ve akım çizgi değişimi üzerindeki etkisi nümerik olarak incelenmiştir. Seçilen parametreler hız, H/D mesafesi, nozul sayısı ve nozullar arasındaki mesafedir. Ortalama Reynolds sayısında 50 mm nozzle mesafesi için H/D 8’e kadar kabul edilebilir bir görüntü oluşurken, sonrasında gittikçe artan bir upwash etkisi gözlemlenmiştir. Yüksek Reynolds sayılarında ise 50 mm nozzle mesafesi için istenilen efektiflik elde edilememiştir. 75 mm ve özellikle 100 mm nozzle mesafesinde H/D 4 için istenilen sınır tabaka elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Isı ve kütle transferi
• Çarpan hava jeti
• Nümerik metod.

Simulation of The Effect of Different Parameters on The Velocity Boundary Layer in Impinging Air Jets

Öz

Impinging air jets are preferred due to their high heat transfer rates, velocity and many adjustable parameters. Due to these features, they can also be used in the cooling field. It is widely used in sectors such as cooling of electronic elements, paper, textile products and food drying. In this study, the effect of the parameters on the velocity boundary layer and streamline change in impinging air jets was investigated numerically. The selected parameters are velocity, H/D distance, number of nozzles and distance between nozzles. While an acceptable image was formed up to H/D 8 for 50 mm nozzle distance in the average Reynolds number, an increasing upwash effect was observed afterwards. At high Reynolds numbers, the desired effectiveness could not be achieved for 50 mm nozzle distance. The desired boundary layer for H/D 4 was obtained at a nozzle distance of 75 mm and especially 100 mm.

Anahtar Kelimeler

• Heat and mass transfer
• Impinging air jet
• Numerical method.

Kaynakça

1. Barata, J.M.M., Durão, D.F.G., Heitor, M.V., McGuirk, J.J. (1993). On the analysis of an impinging jet on ground effects, Experiments in Fluids, 15, 117–129. doi: 10.1007/BF00190951.
2. Baydar, E., Ozmen, Y.(2006). An Experimental Investigation on Flow Structures of Confined and Unconfined Impinging Air Jets, Heat Mass Transfer, 42, 338. doi: 10.1007/s00231-005-0021-6.
3. Çalışır, T., Başkaya, Ş., Çalışkan, S., ve Kılıç, M. (2017). Çarpan akışkan jetleri kullanarak kanatçıklı yüzeyler üzerindeki akış alanının sayısal olarak incelenmesi, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32:1, 119-130. doi: 10.17341/gazimmfd.300601.
4. Çelik, N., Eren, H. (2009). Çarpan Dairesel Bir Jette Çarpma Bölgesi Türbülans Şiddetinin Isı Transferine Etkisi, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 30(1), 91-98.
5. Etemoglu, A.B., Ulcay, Y., Can, M., Avcı, A. (2009). Mathematical modelling of combined diffusion of heat and mass transfer through fabrics, Fibers and Polymers, 10(2), 252-259. doi: 10.1007/s12221-009-0252-0.
6. Etemoglu, A.B. (2003). Mathematical modelling of simultaneous heat and mass transfer in heterogeneous materials, Ph.D. Thesis, University of Uludag, Turkey.
7. Elibol, E.A., Türkoğlu, H. (2017). Gözenekli Düz Bir Yüzeye Çarpan Jetin Sayısal Olarak İncelenmesi, Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, 7(1), 9-28.
8. Fregeau, M., Saeed, F., Paraschiviou, I. (2003). Numerical Heat Transfer Correlation For Array of Hot-Air Jets Impinging On 3-Dimensional Concave Surface, 21st AIAA Applied Aerodynamics Conference, AIAA 2003-3403, June.

9. Garimella, V.P. (2001). Local Heat Transfer Distributions in Confined Multiple Air Jet Impingement, CTRC Research Publications, 299. doi: 10.1115/1.1371923.
10. Gau, C., Chung, C.M. (1991). Surface Curvature Effect on Slot- Air-Jet Impingement Cooling Flow and Heat Transfer Process, Journal of Heat Transfer, 113:4(4). doi: 10.1115/1.2911214.
11. Geers, L.F.G., Tummers, M.J., Bueninck, T.J., Hanjalić, K. (2008). Heat transfer correlation for hexagonal and in-line arrays of impinging jets, International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 51, Issues 21–22. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.01.035.
12. Gölcü, M., Yazıcı, H., Akçay, M., Köseoğlu, M. F., Sekmen, Y. (2012). Oto Camların Temperlenmesinde Çarpan Hava Jetleri İle Soğutmanın Deneysel İncelenmesi, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., 27, 775-783.
13. Hardisty, H., Can, M. (1983). An experimental investigation into the effect of changes in the geometry of a slot nozzle on the heat transfer characteristics of an impinging air jet, Proc. Inst. Mech. Engs., 197C, 7-15. doi: 10.1243/PIME_PROC_1983_197_071_02.
14. O’Donovan, T.S. (2005). Fluıd Flow And Heat Transfer Of An Impıngıng Aır Jet, Ph.D. Thesis, Department of Mechanical & Manufacturing Engineering, Trinity College, Dublin.
15. Persoons, T., Balgazin, K., Brown, K., Murray, D.B. (2013). Scaling of Convective Heat Transfer Enhancement Due to Flow Pulsation in an Axisymmetric Impinging Jet, ASME. J. Heat Transfer, 135(11) November.
16. Weigand, B., Spring, S. (2009). Multıple Jet Impıngement – A Revıew, Int. Symp. on Heat Transfer in Gas Turbine Systems, Antalya, Turkey.