Üçgen Kanatlı Yüzeylerin Isı Transfer Performansının Taguchi Yöntemiyle Deneysel İncelenmesi

Yıl 2025, Cilt: 15 Sayı: 1, 406 - 418, 15.03.2025

Onur Yemenici

https://doi.org/10.31466/kfbd.1576528

Öz

Bu çalışmada ısıtılmış üçgen kanatlı yüzeyler üzerinden akışta Reynolds sayısı, kanat yüksekliği ve kanatlar arasındaki mesafenin ısı transfer performansı üzerindeki bileşik etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Bu değişkenlerin en uygun koşulları Taguchi yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Deneyler, yüksekliği 5, 10 ve 15 mm ve kanatlar arası mesafesi 20, 25 ve 30 mm olan ardışık 9 adet üçgen kanada sahip bakır yüzeyler üzerinde 6.38x104, 1.28x105 ve 2.55x105 Reynolds sayıları için düşük hızlı bir rüzgâr tünelinde yapılmıştır. Hız ve sıcaklık ölçümleri için sırasıyla kızgın tel anemometresi ve termal çiftler kullanılmıştır. Deney parametreleri Taguchi L9 ortogonal dizisi kullanılarak belirlenmiş ve en uygun sonuçlar sinyal-gürültü (S/N) oranı ve ANOVA yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. Performans parametresi olarak ısı taşınım katsayısı dikkate alınmıştır. Sonuçlar kanat yüksekliği ve Reynolds sayısının artmasıyla ısı transferinin arttığını, kanatlar arasındaki mesafenin ise artmasıyla ise azaldığını göstermiştir. Isı transferi performansında en etkili parametre Reynolds sayısı iken, en az etkili parametre kanat yüksekliği olarak tespit edilmiştir. En iyi sonuç 15 mm kanat yüksekliği, 20 mm kanatlar arası mesafe ve 2.55x105 Reynolds sayısında elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Üçgen kanatlı yüzey, Taguchi yöntemi, Isı taşınım katsayısı, Isı transferi, Ayrılmış akış

Experimental Investigation of The Heat Transfer Performance of Triangular Riblet Surfaces by Taguchi Method

Öz

In this study, the combined effects of Reynolds number, riblet height, and distance between riblets on the heat transfer performance flow over heated triangular riblet surfaces were investigated experimentally. The optimum conditions of these variables were determined using the Taguchi method. The experiments were carried out in a low-speed wind tunnel for Reynolds numbers of 6.38x104, 1.28x105, and 2.55x105 on copper surfaces with 9 consecutive triangular riblets with heights of 5, 10, and 15 mm and distances between riblets of 20, 25, and 30 mm. Hot-wire anemometry and thermal couples were used for velocity and temperature measurements, respectively. Experimental parameters were determined using the Taguchi L9 orthogonal array, and optimum results were analyzed using the signal-to-noise (S/N) ratio and ANOVA method. The heat transfer coefficient was considered as the performance parameter. The results showed that heat transfer increased with increasing riblet height and Reynolds number, and decreased distance between riblets. The most effective parameter in heat transfer performance was Reynolds number, while riblet height was determined as the least effective parameter. The optimum result was obtained with a riblet height of 15 mm, distance between riblets of 20 mm, and Reynolds number of 2.55x105.

Anahtar Kelimeler

Triangular riblet surface, Taguchi method, Convective heat transfer coefficient, Heat transfer, Separated flow

Kaynakça

• Alnak, D. E., and Karabulut, K. (2024). Investigation of Heat Transfer Increment in Electronic System Surfaces by Different Air Jet Impingement Applications. J. Engin. Thermophys., 33, 161-185.
• Alnak, Y. (2022). Üçgen biçimli kanatçık yüzeylerde ısı geçişinin nümerik olarak incelenmesi. Muş Alparslan Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 3(1), 37-49.
• Arslanoglu, N., and Yigit, A. (2017). Investigation of efficient parameters on optimum ınsulation thickness based on theoretical-taguchi combined method. Environmental Progress & Sustainable Energy, 36(6), 1824-1831.
• Benhalilou, M., and Kasagi, N. (1999). Numerical prediction of heat and momentum transfer over micro-grooved surface with a nonlinear k- model. International Journal of Heat and Mass Transfer, 42, 2525-2541.
• Choi, K., and Hamid, S. (1991). Heat transfer study of riblets. In Recent Developments in Turbulence Management, 25-41.
• Choi, K. S., and Orchard, D. M. (1997). Turbulence management using riblets for heat and momentum transfer. Experimental Thermal and Fluid Science, 15, 109-124.
• Comakli, K., Simsek, F., Comakli, O., and Sahin, B. (2009). Determination of optimum working conditions R22 and R404A refrigerant mixtures in heat-pumps using Taguchi method. Applied Energy, 86, 2451–2458.
• Dubief, Y., Djenidi, L., and Antonia, R. A. (1997). The measurement of u/y in a turbulent boundary layer over a riblet surface. International Journal of Heat and Fluid Flow, 18, 183-187.
• Karabulut, K. (2019) Heat transfer improvement study of electronic component surfaces using air jet impingement. J Comput Electron, 18, 1259–1271.
• Karabulut, K., and Alnak, D. E. (2021). Dikdörtgen bir kanaldaki farklı desenli yüzey geometrilerinin ısı transferine olan etkilerinin incelenmesi. Tesisat Mühendisliği Dergisi, 183, 37-49.
• Karabulut, K., and Alnak, Y. (2023). Kanaldaki jet akış sayısına bağlı olarak farklı model yüzeylerinden olan ısı transferi ve akış yapısının analiz. Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 38(1), 49-60.
• Karabulut, K., ve Alnak, Y. (2023). Kanallardaki Farklı Yüzeyli Modellerin Üçlü Jet Etkisi ile Soğutulmalarının ve Akış Karakteristiğinin Analizi. Teknik Meslek Yüksekokulları Akademik Araştırma Dergisi, 2 (1), 11-18.
• Kline, S. J., and McClintock, F. A. (1953). Describing uncertainties in single sample experiments. Mechanical Engineering, 75, 3–8.
• Lindemann, A. M. (1985). Turbulent Reynolds analogy factors for nonplanar surface microgeometries. Journal of Spacecraft and Rockets, 22(5), 581-582.
• Stalio, E., and Nobil, E. (2003). Direct numerical simulation of heat transfer over riblets. International Journal of Heat and Fluid Flow, 24, 356–371.
• Türkan, B., and Etemoğlu, A. B. (2020). Taguchi metodu kullanılarak gıda kurutulmasına etki eden parametrelerin optimizasyonu. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(4), 654-665.
• Ünverdi, M., and Küçük, H. (2019). Taguchi yöntemi ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanılarak tasarlanan levhalı ısı değiştiricilerin performanslarının karşılaştırılması. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 25(4), 373-386.
• Walsh, M. J., and Weinstein, L. M. (1979). Drag and heat transfer characteristics of small longitudinally ribbed surfaces. AIAA Journal, 17(7), 770-771.
• Wang, J., Lan, S., and Chen, G. (2000). Experimental study on the turbulent boundary layer over riblets surface. Fluid Dynamics Research, 27, 217–229.
• Yuan, Z. X. (2000). Numerical study of periodically turbulent flow and heat transfer in a channel with transverse fin arrays. International Journal of Numerical Methods Heat Fluid Flow, 10, 842–861.