Ötelenen ve dönen geçirgen yüzeyli eksenel simetrik bir cisimden daimi olmayan rejimde cebri konveksiyonla ısı transferi

Abstract

ÖZET Ani olarak harekete geçmiş ilerleyen ve dönen, geçirgen yüzeyli eksenel simetrik bir cisim üzerinden daimi olmayan rejimde laminer ısıl sınır tabaka akışının başlangıç safhası, cisim geometrisine bağlı olarak en genel şekilde incelendi. Hız ve sıcaklı alanları ani hareketin başlangıcından sonra ölçülen zaman cinsinden kuvvet serileri olarak ifade edilerek sınır tabaka denklemleri adi diferansiyel denklemlere indirgendi. Bir çok gaz için yaklaşık bir değer olan Pr = 1 alınarak 0(t3'2) terimlere kadar fonksiyonların çözümleri analitik, 0(t3'2) ve daha yüksek mertebeden terimlere sahip fonksiyonların çözümleri ise nümerik olarak bulundu. Elde edilen genel sonuçlar ani harekete geçmiş, ilerleyen ve dönen geçirgen yüzeyli izotermal bir küreye değişik dönme oranlan ve kütle transfer parametreleri için uygulandı. Olayın belli bir aşamasında kaçınılmaz olarak ortaya çıkan ve süratle büyüyerek daha girdaplı bir hale gelen ayrılmış bölgenin akış ve ısı transferi karakteristikleri üzerine etkisi incelendi ve yüzey kütle akısı ile dönmenin etkisi belirlendi. Cisim yüzeyinden yapılan üfleme ve cismin dönmesiyle ayrılmanın başlangıcı çabuklaşmakta ve kolaylaşmakta, emme olması durumunda ise gecikmekte ve zorlaşmaktadır. Ayrılmanın daha erken başladığı durumlarda, ayrılmış bölge daha girdaplı ve büyük bir hale gelmektedir. Bu bölgedeki akışın şiddetinin artması, ısı transferini olumlu yönde etkilemektedir. Ayrılma noktasında ise cismin dönmesi nedeniyle oluşan merkezkaç kuvvet sıcak akışkan taneciklerini cisim yüzeyinden sınır tabaka dışına doğru itmekte ve yüzeye dik yöndeki sıcaklık gradyanı azalmaktadır. Dolayısıyla ayrılma noktası civarında ısı transferi kötüleşmekte ve yüzey ısı akısı bir minumum değer almaktadır. Bu etki üfleme ile azalmakta emme ile ise artmaktadır.

ABSTRACT The initial stages of the unsteady laminar thermal boundary-layer flow over an impulsively started translating and spinning rotational symmetric isothermal body was investigated for a general body shape. Velocity and temperature fields were expanded in series in powers of time measured after the impulsive start and the boundary-layer equations where reduced to a set of ordinary differential equations. Functions up to and including the terms of 0(t), were solved analytically, and the higher order functions were obtained numerically by taking the Prandtl number as unity which is a good approximation for many gases. The general results were applied to an impulsively started translating and spinning isothermal sphere for various rotation rates and mass flux parameters. The effect of the separated region which inevitably forms and rapidly grows enclosing a rotational flow region of the increasing vorticity, on flow and heat transfer characteristics were determined. The surface blowing and the body spin facilitates and speeds up the onset of separation. On the other hand the surface suction strains and delays it. In the case of early onset of boundary-layer separation the separated region grows to a larger size enclosing an attached region of intense vorticity. Increasing magnitude of the rotational velocity in this region affects the heat transfer favorably. The heated fluids particles are carried away from the body surface near the point of separation under the effect centrifugal force reducing the normal temperature gradient. Therefore heat transfer near the separation point is adversely effected and the surface heat flux takes a minimum value. This effect is increased by the surface blowing and reduced by the separation point.