U dönüşlü bir kanal içerisindeki engellerin ısı transferine etkisinin deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Son zamanlarda U-dönüşlü kanalda ısı transferi iyileşmesi önemli bir konu haline gelmiştir. Bu tür tasarımlar, gaz türbini kanatlarının iç yüzey soğutulması ve elektronik ekipman soğutma sistemlerinde kullanılmaktadır. Yapılan tezde, U-dönüşlü bir kanalda yerel ve ortalama ısı transferi farklı engellerle deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerde kullanılan ısıtıcı plaka paslanmaz çelik folyodan üretilmiştir. Folyo, sabit bir ısı akısının yüzeye uygulanması için yüksek akım DC güç kaynağı vasıtasıyla elektrikle ısıtılmıştır. Isı transfer katsayısı, ısıtıcı bölümün alt kısmında kanala dikey olarak yerleştirilmiş bir termal kamera yardımıyla ölçülmüştür. Reynolds sayısının 4982-40358 aralığında dönüş bölgesinin 5 farklı noktasındaki yerel Nusselt sayısı ve sürtünme katsayısı değişimleri incelenmiştir. U-dönüş kanalın, en-boy oranı (AR), 1 ve hidrolik çapa (Dh) ise 50 mm'dir. Bu çalışmada üç farklı engel kullanılmıştır. Kanal genişliğinin kanal yüksekliğine oranı W/H=1 ve kullanılan engellerin iç duvara olan mesafenin (c) engel yüksekliğine (W) oranı c/W=0, 0,2 ve 0,4 olarak belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlarda, boş kanala göre dönüş bölgesinde engellerin etkisine bağlı olarak önemli derecede ısı transferi artışı sağladığı görülmüştür. Engellerin c/W=0 olduğu durumda, c/W=0,2 ve 0,4 olduğu durumlara göre daha iyi bir ısı transferi sağladığı, tüm engellerin basınç düşüşü etkileri neredeyse benzer bir dağılım gösterdiği görülmüştür.

The heat transfer enhancement of U-turn channel has been a topical subject for a number of years. This type of designis used on internal cooling of gas-turbine blades, internal cooling of high-speed rotary machine tools and electronic equipment cooling systems. This thesis experimentally investigated the local and averaged heat transfer characteristics in a U- turn channel with the different obstacles. In the experiments, the heating plate was made of stainless steel foil. The foil was electrically heated by means of a high current DC power supply to provide a constant heat flux surface. The heat transfer coefficient was measured by a IR camera positioned on the bottom of the heater assembly vertical to the channel. The local Nusselt number and friction coefficient changes at 5 different points of the return zone between the Reynolds number 4982-40358 were investigated. In this study, theree different obstacles were used. The U-turn channel had an aspect ratio (AR) of 1.0 and a hydraulic diameter (Dh) of 50 mm. The distance of these obstacles from the wall (c)-to- hydraulic diameter ratio (c/W) was fixed at 0, 0,2 and 0,4. According to the results, it was seen that there was a significant increase in heat transfer due to the effect of the obstacles in the U-turn section according to the smooth channel. Value of c/W = 0,4 is better than value of c/W = 0 and c/W = 0,2 for heat transfer. Also the pressure drop effects of all the for obstacles were almost similar.