Kısmi eğik yan duvarlara sahip kapalı ortamlarda doğal taşınımla ısı transferinin sayısal analizi

Abstract

Kapalı ortamlarda doğal taşınımla ısı transferi problemi ile ilgili çalışmalar yaklaşık kırk yıl kadar önce başlamıştır. Bu çalışmalar halen artan nicelik ve gelişen nitelikte devam etmektedir. Bunların çoğu dikdörtgen (veya kare) kapalı ortamlarla, daha azı ise üçgen kapalı ortamlarla ilgilidir. Bu tez çalışmasında, kare, üçgen ve kısmi eğik yan duvarlara sahip kapalı ortamlardaki zaman bağımlı doğal taşınımla ısı transferi farklı sınır koşulları altında incelenmiştir. Kısmi eğik yan duvarlara sahip kapalı ortam, bir karenin üzerine bir dik üçgenin yerleştirilmesi ve iki kapalı ortamın birleştiği yatay duvarın kaldırılarak oluşması şeklinde tasarlanmıştır. Ayrıca bu ortamlar içerisine yerleştirilen engellerin doğal taşınıma etkisi de incelenmiştir. Kapalı ortamın duvarlarına uygulanan sınır koşullarından biri, yeni bir sınır koşulu olarak, gün boyu sıcaklık değişimi sınır koşulu olarak adlandırılmıştır ve yirmi dört saatlik sıcaklık değişimini vermektedir. Zamana bağlı sıcaklık değişimi, bir günlük periyot içerisindeki gece ve gündüz zamanlarında minimum ve maksimum sıcaklıkları verecek şekilde tanımlanmıştır. Ortamın tabanı yaz sınır koşulu uygulaması olarak gece yarısı sıcaklığına, kış sınır koşulu uygulaması olarak ise öğlen sıcaklığında tutulmuştur.İki boyutlu kapalı ortamdaki doğal taşınım problemini temsil eden denklemler sonlu kontrol hacmi yöntemi ile ayrıklaştırılmıştır. Ayrıklaştırılmış olan denklemler SIMPLE algoritması kullanılarak geliştirilen FORTRAN tabanlı bir programla çözülmüştür. Geliştirilen program literatürde mevcut benzer problemlerle karşılaştırılarak test edilmiştir. Sayısal analiz Rayleigh sayısının 103-107 aralığı için gerçekleştirilmiştir.Belirlenen durumlar için elde edilen sonuçlar akım çizgileri, eş sıcaklık eğrileri ve ortalama Nusselt sayıları cinsinden verilmiştir. Gün boyu sıcaklık değişiminin etkisi ile ortam içerisindeki maksimum sıcaklığın konumu zamana göre değişmektedir ve bu değişim de çalışmada sunulmuştur. Yaz sınır koşulları uygulaması için gün boyu değişen sıcaklık sınır koşulunda ısı kaybının az olduğu sonucuna varılmıştır. Kış sınır koşulları uygulaması için gün boyu değişen sıcaklık sınır koşulunun uygulandığı duvara yakın yerlerde güçlü akımlar ve bunun sonucunda da yüksek sıcaklık gradyanları oluşmaktadır. Bu durum söz konusu sınırlardan önemli bir miktarda ısının kaybına sebep olmaktadır.