İç içe borularda doğal ısı taşınımı

Abstract

ÖZET Bu çalışmada, iç içe silindirlerin arasında meydana gelen doğal ısı taşınım* incelenmiştir. Doğal ısı taşımmının incelendiği model, aynı mer kezli olmak üzere iç içe üç silindirden oluşmuştur. İçteki ile dıştaki silindir aynı yüksekliktedirler. Ortadaki içi boş silindir ise üst ve alt yüzlerden eşit uzaklık kalacak şekilde yerleştirilmiştir. İçteki silindirin yüzeyi ısıtılmakta olup, dıştaki silindir daha düşük sıcaklıktadır. İç ve dış silin dirler arasında kalan hacim üstten ve alttan kapa tılarak ısı yalıtımı yapılmıştır »Sunulan çalışmada özellikle aradaki silindirin ısı geçişine etkisi deneysel ve teorik olarak incelenmiştir» Bu çalışmanın giriş `bölümünde konu tanıtılmış tır. İkinci bölümde konu ile ilgili diğer çalışma lar, elde edilen sonuçlar anlatılmış, araştırmacı lar tarafından verilen bağıntılar özetlenmiştir. Üçüncü bölümde fiziksel modelin çözümü için temel denklemler yazılmış, başlangıç ve sınır şartları ve rilmiştir. Bu denklem sisteminin sonlu farklar meto duna göre çözüm yolu açıklanmıştır. Dördüncü bölümde deney tesisatı, deneylerde izlenen yol ve ölçülen değerlerin değerlendirilmesinde kullanılan hesap yöntemi verilmiştir, Beşinci bölümde deneysel ve- IV - teorik sonuçlar, diğer ilgili çalışmalarda göz önüne alınarak birlikte değerlendirilmişlerdir. Elde edilen sonuçlar altıncı bölümde sunulmuştur. Bu sonuçlardan, - Ra, H, K değişkenlerinin ısı geçişine etkisinin ara silindir bulunmayan hale benzer olduğu, - Ara silindir tam ortaya yerleştirildiğinde ve boyunun toplam boyun 0,80 olması halinde ısı geçişini çok az etkilediği, - Ara silindir sıcak yüze yaklaştırıldığında, ısı geçişinin ara silindirin tam ortaya konulduğu hale göre azaldığı, - Ara silindir soğuk yü'ze yaklaştırıldığında, ısı ge çişinin, ara silindirin tara ortada olduğu hale göre çok az değiştiği, - Ara silindir bölgeyi ikiye bölecek şekilde alın dığında, Ra sayısının ve diğer geometrik değişken lerin etkisinin ara silindir bulunan hale benzer olduğu, - Ara silindir bölgeyi ikiye böldüğünde, ısı geçişinin ara silindirin fiziksel özelliklerine bağlı ola rak önemli bir şekilde azaldığı, anlaşılmıştır.

_ v - NATURAL CONVECTION IN CONCENTRIC CYLINDERS Summary In this thesis work, an investigation has been carried out to determine the motion and heat transfer resulting from laminar natural convection in' closed vertical annular geometries. The following geometries have been examined: - The closed annular region defined by two concentric vertical circular cylinders and two horizontal planes containing a fluid. The inner cylinder is maintained at uniform temperature 9. f while the outher cylinder is held at uniform temperature 8.> G.» The upper and lower horizontal walls of the ) region are adiabatic. - The insertion of thii'd concentric cylinder which is shorter than the inner and outer cylinders, placed in the closed annular region with equal distances from top and bottom horizontal flat plates. - The insertion of third concentric cylinder which has same height with the other cylinders» placed in closed annular region so that the region has been cut into two parts by this third cylinder.. 'ach of these picicT' neve been solved experi :,<:?/, ly and theoretioc ii.;y.Experiments and calcul«w....' have `been made i'or boundary layer regime whiJe Ra number is kept in a range of 4.5 4 10 <Ra^2-10 and Pr number in a range of l<Pr<-10 for H and K in the range 5 to 30 and 2 to 4- All combinations of parameters have not been investigated. The majority of the results.are for Pr=l, H=5 f K=4. The results are compared with previous theoretical and experimental works. The purpose of this work was to determine the effect of third cylinder upon the overall heat transfer. The work is composed of six main parts and four appendixes. The first chapter is concerned with the presentation of the subject in detail and explana tion of the problem. In the second chapter relevant literature and the results of the previous works are summarized. It was observed that there was no study on natural convection in closed annular region with third cylinder, vertical baffles or horizontal baffles. In the third chapter natural heat transfer phenomena is described by Navier - Stokes,- VII - Continuity and Energy equations. Initial and boudary conditions of these problems are given, In this section an upwind finite difference scheme was described to solve the governing equations. The equations have been solved using a high speed digital computer. Details are presented in the appendixes. The detailed description of the test apparatus and experimental procedures used are included in the fourth chapter of the work. The fifth chapter is devoted to the estabilishment of a general representation of. the phenomena by experimental and theoretical results of this work and the previous results which exist in the literature. In this section theoretical streamline and isotherm distributions, experimental, theoretical temperature, velocity profiles and experimental results are given. ( Nu~Ra ) relations from experimental data are drawn for different parameters of the third cylinder and cavity. The results obtained are summarized in chapter six. The following conclusions for the physical problems are reached by this experimental and theoretical research :- VIII - A. Closed annular region - The average Nu number on the inner wall always increases as the Ra number increases. '- Heat transfer is almost independent of the Pr number. - Heat transfer increases as the radius ratio increases. - Heat transfer decreases as the aspect ratio increases. Experimental and theoretical results for this problem are in good agrement with the theoretical results of R.W. Thomas and G.de Vahl Davis and their heat transfer correlations`for the boundary layer regime which is presented in Table 2.3 (13(61. B. The insertion of third concentric cylinder in the closed annular region Effect of third cylinder upon the overall heat transfer was determined according to the : third cylinder aspect ratio Y= ^A* p - r. third cylinder radius ratio R = --- rd ~ ı (see Fig 1.1). - Heat/transfer is independent of Y for Y<0.8, R= 0.5.- IX - -. Keat transfer decreases if the third cylinder is located near to the hot surface as 0.2 < R < 0.5. - Heat transfer changes ? less if the third cylinder is located to the cold surface as 0.5 <R« 0.85. C. The closed annular region is cut `by the third concentric cylinder.- - Overall Hu number sharply decreases when compared with the closed annular region case without the third cylinder. - Third cylinder radius ratio effect upon the overall heat transfer is similar with the Y < 1 case*