Manyetik ve elektrik alanların taşınımla ısı geçişine etkisinin sayısal olarak incelenmesi

Abstract

Manyetik alanın etkisiyle akışkanların hızları değişmekte, dolayısıyla ısı taşınımı da etkilenmektedir. Bu çalışmada yatay silindirik bir boruda, ısı taşınımına elektrik ve manyetik alanların birlikte etkileri incelenmiştir. Çalışmada akışkana etkiyen elektromanyetik kuvvet içeren momentum denklemi, süreklilik ve enerji denklemleri kullanılmıştır. Silindirik sistemde yazılan momentum ve süreklilik denklemleri, basınç değişimi ile akışkanın fiziksel özelliklerinin sabit kaldığı kabul edilerek analitik olarak çözülmüş ve hız ifadesi elde edilmiştir. Elde edilen hız ifadesi, enerji denklemi ile birleştirilerek elektrik alan şiddetine, manyetik alan indüksiyonuna ve akışkanın fiziksel özelliklerine göre sayısal olarak çözülerek boru kesitindeki sıcaklıklar bulunmuştur. Yapılan sayısal çözüm sonuçlarına göre akışa ve birbirine dik olarak yöneltilen elektrik ve manyetik alanların etkileri artırıldığında elektrik alanın yönüne bağlı olarak hız ve sıcaklıkların değiştiği görülmüştür. Pozitif yöndeki ( UxB çarpımının tersi yönde) elektrik alanda soğutulan bir akışkan için hızda, sıcaklıklarda ve Nusselt sayısında artmalar, negatif yöndeki (UxB çarpımı yönünde) elektrik alanda hız, sıcaklık ve Nusselt sayılarında azalmalar olduğu tespit edilmiştir.

Flow velocities of fluids change due to the effects of magnetic fields, thus affecting heat convection. This study investigates simultaneous effects of electric and magnetic fields on heat convection inside a horizontal cylindrical pipe. Momentum, continuity and temperature equations, which include electromagnetic forces acting on the fluid, are employed in the study. Momentum and continuity equations, which are written in cylindrical system, are analytically solved assuming that pressure gradient and physical properties of the fluid are constant, and velocity is obtained. The obtained velocity is combined with the energy equation and numerically solved according to electric field intensity, magnetic field induction and physical properties of the fluid; then, temperatures in pipe cross-section are found. Nusselt numbers are calculated by using these temperatures. According to results of the numerical solution, it is observed that velocities and temperatures change depending on the flow and direction of the electric field when effects of perpendicularly located electric and magnetic fields are increased. It is determined that while velocity, temperature and Nusselt number increase for a fluid that is cooled in a pozitive electric field and, velocity, temperature and Nusselt number decrease for a negative electric field.