Cidarına Isıtıcı Yerleştirilmiş Kapalı Kutu İçindeki Su Bazlı Nanoakışkanların Laminer Doğal Taşınımla Isı Transferi

Abstract

Bu çalışmada, dik kenarlardan biri soğutulurken diğeri ısıtılan, alt ve üst kenarları yalıtılmış, bir kare kutu ele alınmıştır. Kapalı kare kutunun içi, tek faz olarak ele alınan su bazlı nanoakışkan ile doludur. Nanopartikül olarak Cu, Al2O3 ve TiO2 seçilmiştir. Çalışmada katı partiküllerin hacim fraksiyonunun 0.0 ≤ ߮ ≤ 0.2 aralığındaki değerleri göz önüne alınmıştır. Kare kutunun, sol dik kenardaki ısıtıcı konumu, içindeki su bazlı nanoakışkan çeşidi ve katı hacim fraksiyonu değiştirilerek, sürekli rejimde laminer doğal taşınım ile meydana gelen ısı geçişi sayısal olarak incelenmiştir. Sol dik kenarda iki farklı parçalı ısıtıcı kullanımının ısı geçişine ve hava sirkülasyonuna etkisi araştırılmıştır. Bu esnada sisteme giren ısı sabit tutulmuş, ısıtıcı ve soğuk duvar izotermal kabul edilmiştir. Yönetici denklemler; süreklilik, yoğunluk farkı için Boussinesq yaklaşımının kullanıldığı Navier-Stokes denklemleri ve enerji denklemi Fluent® yazılımı aracılığıyla çözülmüştür. Çözümde SIMPLE algoritması ve taşınım terimlerinin ayrıklaştırılmasında ikinci mertebeden ayrıklaştırma seçeneği kullanılmıştır. Rayleigh sayısı 10 3 − 5 × 10 8 arasında değiştirilmiş, sürekli rejimde ısıtıcıdan ortama geçen ısının hesabının bir ölçüsü olarak soğuk duvar yüzeyi üzerinden ortalama Nusselt sayısı hesaplanmıştır. Bu parametrik çalışma sonucunda Rayleigh sayısı, ısıtıcıların konumu, seçilen su bazlı nanoakışkan çeşidi ve katı partiküllerin hacim fraksiyonu değiştirilerek parametrik analizleri yapılmış, ısıtıcıların soğutulması açısından elde edilen sayısal değerler, akım çizgileri ve eş sıcaklık eğrileri ile verilmiştir.

In this study, a square enclosure is analyzed while one of the vertical side is cooling and the left vertical side is heating. The top and the bottom sides are isolated. The inside of the enclosure is filled with a single-phase, water-based nanofluid. Cu, Al2O3 and TiO2 are selected as of nanoparticles. The volume fraction of solid particles is in the range 0.0 ≤ ߮ ≤ 0.2 . Steady laminar natural convection heat transfer in the enclosure, while changing the type and the volume fraction of nanoparticle and the position of heater on the left vertical side, is investigated numerically. The effect of using two discrete heaters on the heat transfer and flow circulation is investigated. The total heat strength of the discrete heaters, which are the only source of heat to the system, is kept constant. The heater and cold side are isothermal. The governing equations; continuity equation, Navier-Stokes equations and the energy equation along with Boussinesq approximation are solved using the Fluent®software. The SIMPLE algorithm and second order upwind scheme was used in the discretization of transport terms. Rayleigh number is chosen as 10 3 − 5 × 10 8 and as a measure of the steady state convection heat transfer, the average Nusselt number over the cold surface is calculated. In this parametric study, the position of heater, the type of water-based nanofluid and the volume fraction of solid particles are changed and parametric analyses are conducted. As a result, obtained numerical values and the contours of temperature and stream function for cooling of heaters are given.