Çarpan dikdörtgen bir hava jetinde türbülans modellerinin karşılaştırılması ve ilgili parametrelerin ısı transferine etkileri

Abstract

Çarpan hava jetleri, ısı transferini arttırıcı özelliğinden dolayı ısıtma, soğutma ve kurutma gibi geniş bir uygulama alanında kullanılmaktadır. Bu çalışmada, ısıtılan bir plakanın dikdörtgen kesitli bir hava jetiyle soğutulması işlemindeki ısı transferi karakteristikleri sayısal olarak incelenmiştir. Akışın, türbülanslı, iki boyutlu, sıkıştırılamaz ve sürekli rejimde olduğu kabul edilerek korunum denklemleri Galerkin Sonlu Elemanlar Metodu ile ANSYS-FLOTRAN kodu kullanılarak çözülmüştür. Std. k–ε, RNG k–ε, k–ω ve SST türbülans modelleriyle elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır ve SST türbülans modeli ile daha uyumlu sonuçların elde edildiği görülmüştür. Daha sonra z/Dh ve Re sayısının, türbülans şiddetinin, kaldırma kuvvetiyle termofiziksel özellik değişiminin ve farklı ısı akısı değerlerinin ısı transferi üzerine etkileri SST türbülans modeli kullanılarak analiz edilmiştir. Hesaplamalar Reynolds sayısı için 4000 ≤ Re ≤ 12000 ve jet ile çarpma yüzeyi arası mesafesi için 4 ≤ z / Dh ≤ 12 aralıklarında yapılmıştır. Sonuçlar artan Reynolds sayısı ve azalan z/Dh değerleriyle Nusselt sayısının arttığını göstermiştir. Ayrıca durgunluk noktası civarında artan türbülans şiddetiyle beraber ısı transferinde artış meydana gelmiştir.

Impinging jets have been used in a wide range of applications such as heating, cooling and drying due to its ability to enhance heat transfer. In this study, heat transfer characteristics of a heated plate in a cooling process with an impinging slot air jet are investigated numerically. Conservation equations are solved with ANSYS-FLOTRAN Galerkin Finite Element Code by assuming steady, turbulent, 2D, incompressible flow. Obtained results by using the std. k–ε, RNG k–ε, k–ω and SST turbulent models are compared with experimental results and better results are obtained with SST model. Then, the effects of jet-to-target distance and Re number, turbulence intensity, thermophysical property variation with buoyancy, and different heat flux values on the heat transfer are analyzed by using SST model. Computations are performed in the Reynolds number range of 4000 ≤ Re ≤ 12000 and the jet-to-target distance range of 4 ≤ z / Dh ≤ 12. Results showed that the local Nusselt number increases with increasing Reynolds number and decreasing z/Dh values. Also, stagnation region heat transfer is increased with increasing turbulence intensity.