Değişken ısı iletim katsayılı ve değişken kesitli kanatların ısıl analizi

Abstract

Bu çalışmada, değişken ısı iletim katsayılı ve değişken kesitli kanatların boyutlu ve boyutsuz ısıl analizi yapılmıştır. İncelemede, dikdörtgen, dairesel, üçgen, yamuk ve parabolik kesitli kanat geometrileri göz önüne alınmıştır. Dikdörtgen ve dairesel kanat geometrileri, sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak modellenmiştir. Kanat geometrisi ve sınır şartları belirlenirken, pratikte kullanılan değerler göz önüne alınmıştır. Dikdörtgen ve dairesel kesitli kanatlarda, farklı parametrelerin ve farklı sınır şartlarının sıcaklık dağılımına ve ısı akısına etkisi, ısı iletim katsayısının sabit olması ve sıcaklığın fonksiyonu olması durumları için incelenmiştir. Kanatların ısıl analizindeki etkili parametreler; kanat uzunluğu, genişliği, taban sıcaklığı, ortam sıcaklığı ve ısı taşınım katsayısı incelenmiştir.Enerji denkleminin boyutsuzlaştırılması yapılmış ve sonlu elemanlar modeli boyutsuz enerji denklemi için oluşturulmuştur. Boyutsuz model sonuçlarının boyutlu model ile birebir örtüştüğü tespit edilmiştir. Oluşturulan boyutsuz sonlu eleman model çözümü, literatürde farklı bir sayısal yöntem kullanılarak yapılan çözüm ile karşılaştırıldı ve sonuçların birbiri ile örtüştüğü görülmüştür. Isı iletim katsayısının sıcaklığın fonksiyonu olması durumunda boyutsuz enerji denklemindeki ß* ve ? değerleri değiştirilerek, kanat boyunca sıcaklık dağılımları ve kanat tabanındaki ısı geçişi değerleri, farklı sınır şartları için incelenmiştir. Kanat boyunca sıcaklık dağılımları, kanat tabanından ısı geçişi ve etkenlik ve verim değerleri ß*= (-0.5) ? (0.5) ve ? = 0.5 - 2 aralığında değiştirilerek elde edilmiştir. Kanat boyunca sıcaklık dağılımı ve ısı geçişi, enerji denklemi sayısal olarak çözülerek elde edilmiştir. Enerji denkleminin sayısal çözümünde, shooting metodu kullanılmıştır. Tüm kesitler için;A) Kanat tabanında tanımlanmış sıcaklık sınır şartı ve kanat ucunda yalıtımB) Kanat tabanında tanımlanmış sıcaklık sınır şartı ve kanat ucunda taşınımC) Kanat tabanında ve kanat ucunda tanımlanmış sıcaklıkD) Uzun kanatsınır şartları, farklı ß* ve ? değerleri için boyutsuz olarak incelenmiştir.Taşınım ile ısı geçişine kıyasla, iletim ile ısı geçişinin baskın olduğu ?? 1 değerlerinde ve ısı iletim katsayısının sıcaklıkla değişim aralığının yüksek olduğu büyük ß* değerlerinde (ß*=(-0.5), ß*=0.5 vb.), ısı iletim katsayısının sıcaklıkla değişimi ihmal edilmemesi gereken bir parametre olduğu sonucuna ulaşılmıştır.Anahtar kelimeler: Sıcaklık ile Değişen Isı İletim Katsayısı, Shooting Metot,Değişken Kesitli Kanatta Isıl Analiz.

In this study, thermal analysis of the fins with variable heat conductivity coefficient and variable cross section was performed. The rectangular, circular, triangle, trapezoid and parabolic fins cross sections? were investigated.The rectangular and circular fin geometries were modeled by using the finite element method. While fin geometry and boundary conditions were designated, the values which were used at practice were taken into consideration. Effect of the different parameters and different boundary conditions? to the temperature distributions and heat flux was investigated for heat conductivity coefficient is constant and function of temperature in the events, at rectangular and circular fins. Effective parameters at the thermal analysis of fins; the length of the fin, the width of fin, base temperature, ambient temperature and heat convection coefficient were investigated.Dimensionless energy equation was obtained. Dimensionless finite element model has been generated for dimensionless energy equation. Solution of dimensionless finite element model was compared with solution as using different method in the literature. The results are corresponded with each other.Temperature distributions and heat transfer from fin base was investigated for different boundary conditions by changing ? and ß* values at dimensionless energy equation that heat conductivity coefficients is constant and function of temperature in the events. Temperature distributions along the fin, heat transfer from fin base, efficiency and performance were obtained by changing within the range of ß*= (-0.5) ? (0.5) and ? = 0.5 ? 2. Temperature distributions and heat transfer was investigated by energy equation solving as numerical. A shooting method was used to generate a numerical solution of the energy equation. For whole cross sections;A) Insulated tipB) Convection at the tipC) Defined temperature at the tipD) Long finboundary conditions were investigated as dimensionless for different ß* and ? values.Variation temperature of heat conduction coefficient is very important parameter for thermal analysis and should not be neglected at ?? 1 values and huge ß* values (ß*=(-0.5), ß*=0.5 vb.),.Key Words: Variable Heat Conduction Coefficient, Shooting Method,Thermal Analysis of Fins with Variable Cross Sections.