Alttan ısıtmalı kapalı kutularda, sıcak yüzeye iliştirilen dairesel kesitli kanatçıkların ısı geçişi ve hava akışına etkisinin üç boyutlu sayısal incelenmesi

Abstract

Elektronik ve telekomünikasyon ürünlerinde kullanlan yalıtılmış donanım kabinleri esas alınarak, kapalı kutularda sıcak yüzeye iliştirilen dairesel kesitli kanatçıkların doğal taşınım ile ısı transferi nümerik olarak incelenmiştir. Bu tür uygulamalarda, hava dolu kapalı ortamların, doğal taşınım ile ısı transfer karakteristiklerini belirlemek büyük önem taşır. Bu çalışmada, üç boyutlu kapalı kübik sistemlerin laminer doğal taşınım ile ısı transferi sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmada; kübik (H/L=1) olarak bir dikdörtgensel kapalı ortam ele alınmıştır. Kapalı ortam, alt duvardan ısıtılır ve diğer duvarlardan soğutulmuş durumda ele alınmıştır. Sıcak duvar ve soğuk duvarlar izotermal ve sabit sıcaklıkta tutulmuştur. Sıcak duvar yüzeyine, kapalı ortamın iç kısmından, farklı sayılarda silindirik kanatçıklar yerleştirilmiştir. Üç boyutlu sürekli rejimde, süreklilik, Navier – Stokes denklemleri ve Boussinesq yaklaşımının kullanıldığı enerji denklemi FLUENT ® yazılımı ile çözülmüştür. Denklemler, SIMPLE algoritması kullanılarak sonlu hacim metodu (FVM) ile çözülmüştür. Denklemlerin yakınsama kriteri 10-5 seçilmiştir. Çalışmada ele alınan boyutsuz kanatçık çapları ve boyları sırasıyla d/H=0.025, 0.050 ve 0.1, ve b/H=0.1, 0.2 ve 0.3 şeklindedir. 2, 4, 6, 8 ve 10 adet kanatçıklar, hizalı-sıralı olarak düzenlenmiştir. Rayleigh sayısı değişimi (105’dan 106’a), kanatçık uzunluğu, kanatçık çapı ve kanatçık sayısının, hava akış düzenine ve ısıl bölgelere etkisi incelenmiştir. Ayrıca her durum için, ortalama Nusselt sayısı, soğuk duvarlara göre hesaplanmış ve analiz edilmiştir.

On the basis of isolated hardware cabins used in electronics and telecommunication products, the natural convection with the circular cross section pins attached to the hot surface was investigated numerically. It is crucial to determine the heat transfer characteristics by natural convection of the air-filled indoor environments in this type of applications. In this study, laminar natural convection heat transfer in three dimensional rectangular enclosures is studied numerically. One rectangular enclosure is considered: cubic (H/L=1) enclosure. The enclosure is heated from the bottom wall and is cooled from the other walls. The hot wall and the cold walls are isothermal; that is, the walls are maintained at constant temperatures. A number of cylindrical pins are attached to the hot wall from inside of the enclosure. Threedimensional steady-state continuity, Navier-Stokes and energy equations along with the Boussinesq approximation are solved using FLUENT® code. Pertinent equations are solved using the Finite Volume Method (FVM) with SIMPLE algorithm. The convergence criterion for the pertinent equations was chosen as 10-5. The dimensionless pin diameters and the lengths considered in this study are d/H=0.025, 0.050 ve 0.1 and b/H=0.1, 0.2 and 0.3, respectively. The number of pins of 2, 4, 6, 8 and 10 are arranged in-line configurations. The air flow pattern and the temperature fields are obtained for Rayleigh numbers ranging from 105 to 106, pin length, pin diameter, the number of pins of the pin array. Also for each case, the mean Nusselt numbers over the cold surface are computed and analyzed.