Kanatlı yüzeylerde faz değişimli ısı transferi

Abstract

ÖZET Bu çalışmada, kanatlı yüzeyler içeren dikdörtgen kesitli bir gizli ısı enerji depolama birimi içerisindeki katılaşma ola yı teorik olarak incelenmektedir. Çözümler boyunca, sıvı bölge nin faz değişim sıcaklığında sabit kaldığı kabul edilmiş, e nerji depolama biriminin bir yüzeyinden sabit sıcaklık sınır koşulu altında ısı çekildiği varsayımıyla, kanat görevi gören yüzeyin faz değişimine olan etkisi incelenmiştir. Çalışmanın bütünü içerisinde, farklı sınır koşullara sahip üç problemin çözümü yer almaktadır. Bunlar sırasıyla, sadece dibinden ısı çekilen ucu yalıtılmış kanat çevresinde katılaşma, hem dibin den hem de bağlı olduğu yüzeyden ısı çekilen, ucu faz değişim sıcaklığında sabit tutulan kanat ve ucu yalıtılmış kanat çev resinde katılaşma problemleridir.Her üç problem de iki boyut lu katılaşmayı içermesi ve kanat görevi gören yüzey sıcaklı ğının zamana bağlı bir bilinmeyen olması nedeniyle orijinal dir ve farklı sınır koşulları nedeniyle, farklı yöntemlerle çözülmeyi gerektirmişlerdir. Faz değişimini açıklayan boyut suzlaştırılmış diferansiyel denklem ve koşullar, farklı form lara dönüştürülerek, sonlu farklar yönteminin kullanımıyla sa yısal olarak çözülmüşlerdir. Fiziksel mekanizmayı belirleyen, kanada ait geometrik büyüklükler ile kanat ve faz değişim malzemesine ait özelliklerin, enerji depolama miktarı ve süre sine olan etkileri incelenmiş, kanadın enerji depolama etkin liği tanımlanmış ve katı-sıvı ara yüzey konumlarına ek ola rak, depolanan enerji ve etkinlik miktarlarının da zamanla de ğişimi grafik formda verilmiştir. Yapılan parametrik çalışma larda, bağımlı ve bağımsız değişken ol arak, boyutsuz hale geti rilmiş büyüklükler kullanılmıştır.Ucu yalıtılmış kanat içeren bir enerji depolama biriminde tam katılaşma için gerekli sü reye, parametrelerin katkısı incelenmiş ve çözüm sonuçlarına çoklu regresyon analizi uygulanarak, katılaşma süresine iliş kin bir korelasyon elde edilmiştir. - 1-

SUMMARY In this work, the solidification phenomenon in a finned, rectangular cross sectioned latent heat energy storage unit is analysed, theoretically. In the solution process, it is assumed that the temperature of the liquid region remains constant at its fusion value and heat is removed from one surface of the unit under constant temperature boundary condition. Three different problems having different bound ary conditions are solved in the work, these are the solidi fication on fin whose end is insulated and heat is only removed from its base, the solidification on fin whose end is kept under constant phase change temperature and on fin whose end is insulated but heat removal is from fin base and surface on which fin is attached. All of the problems are original ones due to unknown, time dependent surface temperature of fin and they are required to be solved with different solution methods because they have different boundary conditions. For all of them, finite difference techniques are used to solve the governing dimensionless equations. The effects of dimensions of the energy storage unit and the properties of fin and phase change materials to the energy storage quantity and duration are analysed, energy storage effectiveness of fin is defined. The change of sol id- liquid interface position, energy storage quantity and effectiveness with time are given in graphical forms. During the parametrical works, they are used dimensionless quantities as dependent and independent variables. The effect of the parameters to total solidification time in an energy storage unit is analysed and a multiple regression analysis is made to the solutions obtained for different values of the parameters. As a result, a correlation is found for total solidification time, which can be used in engin eering applications with high reliability. - 1 1-