Kanal akışında optimize edilmiş ısı alıcılarda çarpan jetle ısı ve akış karakteristiklerinin belirlenmesi

Abstract

Çarpan jetler soğutmanın ihtiyaç duyulduğu birçok endüstriyel uygulamada kullanılmaktadır. Gaz türbin kanatlarının soğutulması, cam temperlemesi, metallerin ısıl işlemleri, kumaş, kağıt, kereste vb. malzemelerin kurutulması ve son yıllarda teknolojinin hızla gelişmesine bağlı olarak elektronik cihazların ve mikro işlemcilerin soğutulması gibi birçok alanda kullanılmaktadır.Bu çalışmada, rüzgar tünelinde Taguchi yöntemiyle, L18(21*37) ortogonal dizisine göre, optimize edilmiş RFG-1 ve RFG-2 olarak adlandırılan dikdörtgen kanatçıklı ısı alıcılarla, HFG-2 ve HFG-3 olarak adlandırılan altıgen kanatçıklı ısı alıcıların çarpan jetle ısı ve akış karakteristikleri belirlenmiştir. İlk olarak sabit lüle çapı ve h/d mesafesinde, 6 ayrı akış hızında sıcaklık deneyleri yapılarak Nu değerleri elde edilmiş, elde edilen veriler grafiğe dökülmüş ve ısı alıcılara ait korelasyonlar elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar rüzgar tüneliyle yapılan deney sonuçlarıyla karşılaştırılarak birim Nu değişimi için gereken debinin kanat boyuyla değişim grafikleri çizilip yorumları yapılmıştır. Daha sonra ısı alıcı üzerinde x ve y yönündeki basınç değerleri ölçülerek basınç katsayıları (Cpx ve Cpy) hesaplanmıştır. Ayrıca sabit pompa gücünde elde edilen iyileştirme verimi için ? ? Re grafikleri çizilip sonuçlar analiz edilmiştir. Son olarak ısı alıcılar termal kamera ile görüntülenerek görüntü kaynaklı analizle ısı alıcıların üzerindeki sıcaklık dağılımı belirlenmiştir. Deneyler sonucunda çarpan jetle soğutmanın kanal akışındaki soğutmaya göre yaklaşık 2-3 kat daha iyi olduğu ve ısı taşınımının kanatçıklı yüzeyde kanatçıksız yüzeye göre yaklaşık 2-3 kat daha iyi olduğu belirlenmiştir.

Impinging jets are used in many industrial applications in which refrigeration is needed. Gas turbine blade cooling, glass tempering, thermal treatment of metals, drying of materials such as cloth, paper, lumber etc. and cooling of electronic devices and microprocessors depending on the rapid improvement of the technology recently.In this study, heat and flow characteristics with impingement jet of rectangle-finned heat sinks which are named as RFG-1 and RFG-2, and hexagon-finned heat sinks which are named as HFG-2 and HFG-3, all of which have been optimized by using Taguchi method in the wind tunnel according to L18(21*37) orthogonal sequence, have been determined. Firstly, Nu values have been acquired by carrying out heat experiments at the distance of the fixed nozzle diameter and h/d, and for 6 different flow rate; the acquired data has been graphed and correlations belonging to heat sinks have been acquired. By comparing the acquired results and experiment results which was carried out with the wind tunnel, the alteration graphics of the fin height of the flow rate which is needed for unit Nu variation have been drawn and have been made interpretation. Later, pressure coefficients (Cpx and Cpy) have been calculated by evaluating the pressure values which are at the directions of x and y on the heat sink. Moreover, ? - Re graphics have been drawn and have been analyzed for the enhancement efficiency which has been acquired with constant pump power. Lastly, by scanning the heat sinks with thermal camera, the temperature distribution on the heat sinks has been determined with spectacle-induced analysis. As a result of the experiments, it is stated that cooling with impingement jet is approximately 2-3 times better than the cooling at the channel flow, and the heat transfer on the finned surface is approximately 2-3 times better than the heat transfer on the non-finned surface.