3rd International Conference on Applied Engineering and Natural Sciences ICAENS 2022, Konya, Türkiye, 20 - 23 Temmuz 2022, ss.2380-2386
Bu çalışmada soğurucu plaka üzerinde farklı tip nervürlere sahip bir hava ısıtıcısının termo-hidrolik özellikleri sayısal olarak incelenmiştir. Çeyrek dairesel ve diagonal yarım kare nervürlerin dört farklı düzenlemesinin karşılaştırması yapılmış ve nervürsüz düz plakaya göre etkisi araştırılmıştır. Nervürler, akışa enine bir şekilde periyodik olarak hizalanmıştır. Kütle, momentum ve enerji korunumu denklemlerinin sayısal simülasyonu, ANSYS-Fluent analiz programı ile sonlu hacim methodu kullanılarak iki boyutlu bir hesaplama alanı için gerçekleştirilmiştir. Alüminyum ısıtıcı plakaya 1000 W/m2'lik sabit ve düzgün bir ısı akısı uygulanmıştır. Giriş kesiti ve akış hızına bağlı olarak Reynolds sayısı 4000 ila 10000 arasında değişmektedir. Böylece nervürlü hava ısıtıcısının termo-hidrolik performansı Reynolds sayısının etkisine bağlı olarak incelenmiştir. İncelenen parametre aralığında optimize edilmiş nervür geometrisi elde edilmiştir. Akış fiziğini net bir şekilde anlamak için basınç ve türbülans kinetik enerji konturları resimli olarak gösterilmiştir. Nusselt sayısı ve sürtünme faktörü değerleri elde edilmiş, bunlara bağlı performans kriterleri (PEC) hesaplanmıştır. Nervürlü hava ısıtıcılardan, incelenen parametrik aralıkta 1,76'lık bir maksimum termal iyileştirme oranı (toplam enerji performansını temsil eden) ile yarım diagonal kare modellerde sağlandığı bulunmuştur.
Anahtar Kelimeler – Isı transferi, çeyrek dairesel nervür, diyagonal yarım kare nervür, HAD, PEC
In this study, the thermo-hydraulic properties of an air heater with different types of ribs on the absorber plate were numerically investigated. A comparison of four different arrangements of quarter circular and diagonal half-square ribs were made and their effect compared to a non-ribbed flat plate was investigated. The ribs are periodically aligned transversely to the flow. Numerical simulations of mass, momentum and energy conservation equations were performed with ANSYS-Fluent analysis program for a two-dimensional computational field using the finite volume method. A constant and uniform heat flux of 1000 W/m2 is applied to the aluminum heating plate. The Reynolds number ranges from 4000 to 10000 depending on the inlet cross section and flow rate. Thus, the thermo-hydraulic performance of the ribbed air heater was investigated depending on the effect of the Reynolds number. An optimized rib geometry was obtained in the investigated parameter range Pressure and turbulence kinetic energy contours are shown as illustrated to understand flow physics clearly. Nusselt number and friction factor values were obtained,and performance criteria (PEC) based on them were calculated. Quarter circular rib air heaters were found to be provided in models placed upstream, with a maximum thermal heating ratio of 1.76 (representing total energy performance) over the parametric range studied.
Keywords – Heat transfer, quarter-circular rib, diagonal half-square rib, CFD, PEC