EXPERIMENTAL AND NUMERICAL ANALYSIS OF FLOW AND HEAT TRANSFER IN CLOSED THERMOSYPHON LOOP

Abstract

In this study, closed loop rectangular thermosyphon was studied using an analytical, numerical and experimental techniques. One-dimensional analytical and two-dimensional numerical models were solved using uniform surface temperature boundary condition in the vertical heating and cooling sections of the thermosyphon loop for fully developed laminar flow in circular tube. It was shown that the one-dimensional model was inappropriate for estimating the heat transfer and the flow characteristics of the loop at the uniform surface temperature. However, two-dimensional numerical model provides results which are in good agreement with experiments for Reynolds numbers up to 310. At higher values of Reynolds numbers, due to turbulent distortion of the flow, a discrepancy in the calculated and measured velocity as well as temperature values was noted. In calculating the heat transfer rate, however, the two-dimensional model provides meaningful results.

Keywords

• Thermosyphon, Closed loop, Natural circulation loop, SIMPLEX algorithm

KAPALI TERMOSİFON DÖNGÜSÜNDE AKIŞ VE ISI TRANSFERİNİN TEORİK VE DENEYSEL İNCELENMESİ

Öz

Bu çalışmada, dikdörtgen formdaki kapalı döngü bir termosifon üzerine, analitik, sayısal ve deneysel bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Termosifon döngünün düşeyde olan ısıtma ve soğutma bölgelerinde, sabit yüzey sıcaklığı sınır koşulu kullanılarak, dairesel borudaki tam gelişmiş laminer akış için, bir-boyutlu analitik ve iki-boyutlu sayısal çözümleme yapılmıştır. Isı transfer bölgelerinde sabit yüzey sıcaklığı kabulü ile elde edilen bir-boyutlu analitik yaklaşımın, akışı ve ısı transferini belirlemedeki yetersizliği gösterilmiştir. İki-boyutlu yaklaşımda ise, sayısal modelden elde edilen ısı transfer miktarı, akışkan hızı ve sıcaklığı, Reynolds sayısının 310'a kadar olduğu deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlarla uyumludur. Buna karşılık, bu değerin üzerindeki Reynolds sayılarında; deneysel çalışmalar ile sayısal modelden elde edilen sonuçlar; akış içindeki türbülans etkilerinden dolayı, akış hızını ve sıcaklığını belirlemede yeterli değildir. Fakat, sistemde taşınan ısının hesaplanmasında; ikiboyutlu model, sayısal sonuçlarla yeterince uyumludur.

Anahtar Kelimeler

• Termosifon, Kapalı döngü, Doğal taşınım döngüsü, SIMPLEX algoritması