İç yüzeyi kanatçıklı konsantrik aralıkta akış ve ısı geçişi

Abstract

Taşınımla ısı geçişinin iyileştirilmesi aktif (enerji girişine gerek duyulan) ve pasif (enerji girişi olmayan) olarak sağlanabilmektedir. Pasif tekniklerden biri olan kanatçık kullanımı, enerji sektöründe kullanılan kompakt ısı eşanjörlerindeki ısı geçişini iyileştirmede sık sık kullanılmakta olup literatürde, iç yüzeyi kanatçıklı konsantrik pasajdaki türbülanslı akış ve ısı geçişi ile ilgili bilgiler oldukça sınırlıdır. Bu sebeple, bu çalışmada, iç yüzeyi kanatçıklı ve kanatçıksız konsantrik pasajlardaki türbülanslı akış ve ısı geçiş karakteristikleri deneysel olarak incelenmiştir. Çap oram 0.2 olan konsantrik bir aralığın giriş bölgesinde yürütülen bu çalışmada türbülans karakteristiklerinin, akış alanının, basınç düşümünün ve ısı geçiş parametrelerinin ölçümleri yapılmıştır. Deneysel ölçümlerde, ısı geçişi ölçümleri için son yıllarda geliştirilmiş yeni bir yöntem olan ve özellikle karmaşık geometrilerde tercih edilen sıvı kristal yöntemi kullanılırken, türbülans ve akış alam ölçümlerinde kızgın telli anemometre kullanılmıştır. Ölçümler, üç kanatçık kalınlığında (W= 2 mm, 4 mm, 6 mm) ve aralığında (P=20 mm, 30 mm, 40 mm) ve dört kanatçık yüksekliğinde (H=2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm), türbülans, akış alam ve basınç kayıplarının ölçümlerinde Reynolds sayısının 1 8000' 1 24500 aralığında ve ısı transferi ölçümlerinde Reynolds sayısının 16500'76500 aralığında gerçekleştirilmiştir. Isı geçişi ölçümleri, konsantrik kanalların hem iç yüzeyinde hem de dış yüzeyinde gerçekleştirilmiş olup, çalışmada ayrıca sistemin performans analizi yapılmıştır. Yürütülen bu çalışma neticesinde, kanatçıksız ve kanatçıklı konsantrik aralık akışlanndaki yerel ve ortalama ısı geçiş katsayılarının ve sürtünme faktörlerinin değişimleri elde edilmiş ve düzgün yüzeyli konsantrik aralıkta belirlenen değerler literatürle karşılaştmlmıştır. Kanatçıklı konsantrik aralık akışında elde edilen ortalama Nusselt değerleri, kanatçıklı iç yüzeyde kanatçıksız konsantrik aralık akışmdaki değerlerin 1.36 5.37 katı ve düzgün dış yüzeyde 1.03 1.8 katı olurken, basınç kayıpları 3.12 18.05 katı olmuştur. Ortalama Nusselt sayılan ve sürtünme faktörü için ayrıca boyutsuz kanatçık mesafesi, kanatçık yüksekliği, kanatçık kalınlığı ve Reynolds sayısı değerleri emsinden ampirik bağıntılar geliştirilmiştir.