Kanatlı bir ısı değiştiricisi için optimum dizayn parametrelerinin belirlenmesi

Abstract

Bir yüzey ile onu çevreleyen bir akışkan arasındaki ısı transferini artırmak amacıyla ısıdeğiştiricilerde kanatlar yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kanatlar silindirik yadadikdörtgen bir plaka üzerine yerleştirilmiş dikdörtgen, dairesel, ya da iğne gibi basitgeometrilerde veya farklı geometrilerin birleşimlerinde olabilirler. Çok yaygın olarakkullanılan kanat geometrilerinden biri iğne kanatlardır. ğne kanatlar ısı transferiyüzeyine dikey ve akışa dik olarak yerleştirilen elemanlardır. Kanadın şekli, yüksekliği,çapı ve yükseklik/çap oranı gibi parametreler kanadı karakterize ederler.Bu çalışmada dikdörtgen, yatay bir plaka üzerine yerleştirilen kare ve dairesel kesitesahip iğne kanatların deliksiz ve yanal yüzeylerine delik açılmış tiplerinin ısı transfer vesürtünme karakteristikleri deneysel olarak belirlenmiştir. Reynolds sayısı aralığının13500-42000, açıklık oranının ( C / H ) 0, 0.33, 1 ve kanatlar arası akış doğrultusundakimesafenin ( S y / D ) 1.208, 1.524, 1.944 ve 3.4 olarak belirlendiği çalışmada ortalamaNusselt sayısı ve sürtünme faktörü için korelasyonlar geliştirilmiştir. Ayrıca Taguchideney tasarım yöntemi kullanılarak her bir kanat tipi için optimum dizayn parametrelerive seviyeleri belirlenmiştir. Nusselt sayısı ve sürtünme faktörü performans istatistiğiolarak belirlenmiş ve Taguchi tarafından önerilen L9 (33) ortogonal dizisi deney planıolarak seçilmiştir.Kare kesitli kanatlarda ısı transferinin dairesel olanlara göre daha büyük olduğugözlenmiş, aynı kesite sahip kanatlarda delikli olanların ısı transferinin deliksizolanlardan daha büyük olduğu gözlenmiştir. Sürtünme faktörü deliksiz kanatlarda dahabüyük olmuştur. Sürtünme faktörü için delik etkisi kare kesitli kanatlarda daha belirginolmuştur.2006, 110 sayfaAnahtar Kelimeler: ısı transferinin iyileşmesi, iğne kanatlar, Taguchiyöntemi,elektronik cihazların soğutulması, zorlanmış konveksiyoni

Extended surfaces (fins) are frequently used in heat exchanging devices for the purposeof increasing the heat transfer between a primary surface and the surrounding fluid.Various types of heat exchanger fins, ranging from relatively simple shapes, such asrectangular, cylindrical, annular, tapered or pin fins, to a combination of differentgeometry, have been used. These fins may protrude from either a rectangular orcylindrical base. One of the commonly used heat exchanger fins is the pin fin. A pin finis a cylinder or other shaped element attached perpendicular to a wall, with the transferfluid passing in crossflow over the element. There are various parameters thatcharacterize the pin fins, such as shape, height, diameter, height to diameter ratio etc.In this study, heat transfer and friction characteristics of a convective heat transferthrough a rectangular channel equipped with perforated and non-perforated square andcircular cross-sectional pin fins attached to a flat surface were investigatedexperimentally. The experiments covered the following range: Reynolds number13.500-42.000, the clearance ratio ( C / H ) 0, 0.33 and 1, the interfin spacing ratio( S y / D ) 1.208, 1.524, 1.944 and 3.4. Correlation equations were developed for theaverage Nusselt number and friction factor. Furthermore, using Taguchi experimentaldesign method, optimum design parameters and their levels were investigated. Nusseltnumber and friction factor were considered as performance parameters. An L9 (33)orthogonal array was selected as an experimental plan.Heat transfer enhancement in square fins is more than from circular fins. Perforated finsare more effective than solid ones for heat transfer enhancement. Friction factor forsolid fins was higher than perforated fins. Perforation effect on friction factor was moreexplicit in square shape fins.2006, 110 pagesKeywords: heat transfer enhancement, pin fins, Taguchi method, electronics cooling,forced convectionii