Dikdörtgen Kesitli Bir Kanalda Laminer Karışık Konveksiyon Şartlarındaki Akışın Sayısal Olarak İncelenmesi

Yıl 2000, Cilt: 15 Sayı: 1, 71 - 86, 01.03.2013

Abuzer Özsunar Şenol Başkaya Mecit Sivrioğlu

Öz

Bu çalışmada yatay dikdörtgen kesitli, en/yükseklik oranı (EYO) 10 olan bir kanalda laminer karışık konveksiyon şartlarında ısı transferi ile sıcaklık ve hız dağılımları
Sayısal Akışkanlar Dinamiği (SAD) yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Kanal alt yüzeyi üniform ısı akısına maruz, yan yüzeyler yalıtımlı, kanal üst yüzeyi ise dış ortamdaki akışkana maruz bırakılmıştır. Problemi tanımlayan temel korunum
denklemleri sayısal olarak çözülmüş ve elde edilen sonuçlar, daha önce yapılmış deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. SAD analizi ile elde edilen sıcaklıkların kullanılmasıyla, yerel Nusselt sayıları hesaplanmıştır. Yerel Nusselt sayısı sonuçları,
deneysel ölçümlerle karşılaştırılmış ve uyum içinde olduğu bulunmuştur. Kanal içindeki akışlarda kaldırma kuvveti etkili ikincil akış ve kararsızlığın başlangıcı ile ilgili sonuçlar ayrıntılı bir şekilde irdelenmiştir. Buna ilave olarak, kanal içindeki
sıcaklık ve kontur grafikleri ayrıntılı olarak sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler

Karışık konveksiyon, kanal akışı, laminer tam gelişmiş akış, sayısal akışkanlar dinamiği (SAD)

NUMERICAL INVESTIGATION OF FLUID FLOW IN A DUCT WITH RECTANGULAR CROSS SECTION UNDER LAMINAR MIXED CONVECTION CONDITIONS

Öz

In this study heat transfer, velocity and temperature distributions in a horizontal duct
with rectangular cross section and an aspect ratio of 10 have been investigated under
laminar mixed convection conditions using amethod of Computational Fluid
Dynamics (CFD). The lower surface of the duct is subjected to a uniform heat flux,
sidewalls are insulated, and the upper surface is exposed to the surrounding fluid. making use of temperatures obtained from the CFD analysis, local Nusselt numbers
were calculated. Local Nusselt number results were compared with experimental
results, and it was found that they are in good agreement. Results related to the
buoyancy affected secondary flow and the onset of instability in duct flows were
examined in detail. In addition, temperature contours as well as velocity vector
distributions inside the duct are also presented in detail. 
Governing equations were solved numerically and obtained solutions are compared
with previously made experimental measurements. From an energy balance and by 

Anahtar Kelimeler

Mixed convection, duct flow, laminar fully developed flow, computational fluid dynamics (CFD)

Kaynakça

• Mori, Y ., ve Uchida Y., “Forced Convection Heat Transfer Between Horizantal
• Flat Plates ”, Int. J. Heat Mass Transfer, 9, 803-817, 1966.
• Gage, K.S., ve Reid, W.H., “Stabilitiy of Thermally Stratified Plane Poiseuille
• Flow”, Journal of Fluid Mechanics, 100, 21-32, 1968.
• Incropera, F. P., ve Schutt, J .A., “ Numerical Simulation of Laminer Mixed
• Convection in the Entrance Region of Horizontal Rectangular Ducts”,
• Numerical Heat Transfer, 8, 707-729, 1985.
• Maughan, J.R., ve Incropera, F.P., “Fully Developed Mixed Convection in a
• Horizontal Channel Heated Uniformly from Above and Below”, Numerical
• Heat, Part A, 417-430, 1990.
• Papanicolaou, E., ve Jaluria, Y., “Mixed Convection from Simulated Electronic
• Components at Varying Relative Positions in a Cavity”, J. of Heat Transfer,
• , 960-970, 1994.
• Yan, W.M., “Mixed Convection Heat and Mass Transfer in Inclined Rectangular
• Ducts”, Int. J. Heat Mass Transfer, 37, 1857-1866, 1994.
• Yan, W.M., “Transport Phenomena of Developing Laminer Mixed Convection
• Heat and Mass Transfer in Inclined Rectangular Ducts”, Int. J. Heat Mass
• Transfer, 38, 2905-2914, 1995.
• Huang, C.C., ve Lin, T.F., “Vortex Flow and Thermal Charecterictics in Mixed
• Convection of Air in a Horizontal Rectangular Duct: Effects of the Reynolds and
• Grashof Numbers”, Int. J. Heat Mass Transfer, 38, 1661-1674, 1995.
• Özsunar, A., “Yatay ve Eğimli Kanallarda Laminer Akışta Karışık
• Konveksiyon İle Isı Transferinin Deneysel ve Sayısal Olarak İncelenmesi”,
• Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 1999.
• Spalding, D.B., The PHOENICS Beginner’s Guide, CHAM, TR/100, 1991.
• Patankar, S. V., Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, Hemisphere, New
• York, 1980.
• Başkaya, Ş., “The Computational Simulation of the Concentration Field of a
• Condensing Water Vapour Jet and Comparison with Experimental Data” Tr. J.
• of Engineering and Environmental Science, 22, 245-267, 1998.
• A.Özsunar, Ş. Başkaya ve M. Sivrioğlu, “Numerical Analysis of Grashof
• Number, Reynolds Number and Inclination Effects on Mixed Convection Heat
• Transfer in Rectangular Channels” Int. J. of Comm. Heat & Mass Transfer,
• Vol.28, No:7, pp:985-994, 2001 (baskıda).