TİTREŞİMİN ÇEŞİTLİ ÇARPAN JET TİPLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN SAYISAL İNCELENMESİ

Abstract

Bu tez çalışmasında, tekli ve çoklu çarpan titreşimli nanoakışkan jetlerin ısı transferi ve akış karakteristiği üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bunun için, farklı parametreler kullanılarak optimum değerler tespit edilmeye çalışılmıştır. Çalışmada araştırılan değişken parametreler su ve su bazlı Al2O3 nanoakışkanın farklı hacimsel derişim oranları (%1, %2, %4 ve %5), Reynolds sayıları (Re = 1000, 5000, 7500, 10000 ve 15000), boyutsuz jet-plaka arası mesafeleri (H/D = 2, 4, 5, 6), titreşim dalga tipleri (sinüs, kare ve üçgen), frekans değerleri (10, 20 ve 30 Hz) ve genlik değerleridir (0,3 0,4 ve 0,5 m/s). Doğrulama amaçlı olarak yapılan deneysel çalışmada H/D = 4, Re = 5000 şartlarında hava jeti titreşimli ve titreşimsiz hallerde ısıtılmış yüzeylere çarptırılmıştır. Sayısal çalışmada, H/D = 4, Re = 7500, f = 20 Hz ve A = 0,5 m/s için sinüs, kare ve üçgen titreşimlerin nanoparçacık eklenmemiş duruma göre % 5 hacimsel derişim oranına sahip nanoparçacık kıyaslandığında, üçgen % 53, sinüs % 53 ve kare % 40'lik bir artış göstermiştir. Re = 5000 ve A = 0,3 m/s için farklı frekanslar karşılaştırıldığında, f = 10 Hz ile f = 30 Hz % 13'lük bir artış olduğu görülmektedir. Aynı şartlar altında ikili jet kullanılması durumunda nanoparçacık eklenmemiş durumun sonuçlarına göre kıyaslandığında, % 5 hacimsel derişim oranı için %18 artış görülmüştür. % 4 ve % 2 hacimsel derişim oranı için % 16 ve son olarak % 1 hacimsel derişim oranı için % 13 oranında artış görülmüştür. Üçlü jet kullanılması durumunda ise nanoparçacık eklenmemiş duruma göre, % 5 hacimsel derişim oranında % 22 ısı transferi artışı görülmüştür. Ayrıca, % 4 ve % 2 hacimsel derişim oranında % 19 son olarak % 1 hacimsel derişim oranında % 14 oranında artış görülmüştür. Sonuç olarak, nanoparçacık eklenen jetlerin ısı transferini arttırdığı ve hacimsel derişim oranının artmasıyla birlikte daha fazla ısı transferi sağlandığı tespit edilmiştir. Ayrıca, farklı titreşim dalga tipleri, frekanslar ve genliklerin jetin performansı üzerinde farklı etkileri olduğu görülmüştür. Son olarak tekli jetlere göre çoklu jetlerin daha fazla ısı transferi sağladığı tespit edilmiştir. Nanoakışkanın kullanımıyla ısı transferinin arttığı, çoklu jetlerin tekli jetlere göre daha fazla ısı transferi sağladığı ve titreşimin Nusselt sayısını artırdığı bulunmuştur.

In this thesis, the effects of single and multi-impact pulsatile nanofluid jets on heat transfer and flow characteristics were investigated. The study aimed to determine optimum values using different variables. The variable parameters under investigation in the study were the different volumetric concentrations of water and water-based Al2O3 nanofluid (1%, 2%, 4% and 5%), Reynolds numbers (Re = 1000, 5000, 7500, 10000 and 15000), dimensionless jet-to-plate distances (H/D = 2, 4, 5, 6), pulsation wave types (sinusoidal, square and triangular), frequency values (10, 20 and 30 Hz), and amplitude values (0.3, 0.4 and 0.5 m/s).In the experimental study carried out for verification purposes, the air jet was impinged on heated surfaces with and without vibration at H/D = 4, Re = 5000 conditions. In the numerical study, when comparing sinusoidal, triangular, and square waves with a 5% volumetric concentration of nanoparticles to the non-nanoparticle case at H/D = 4, Re = 7500, f = 20 Hz, and A = 0.5 m/s, the triangular and sinusoidal waves each showed a 53% increase, while the square wave showed a 40% increase. Comparing different frequencies for Re = 5000 and A = 0.3 m/s, there was a 13% increase between f = 10 Hz and f = 30 Hz. Under the same conditions, using dual jets as opposed to single jets resulted in an 18% increase for a 5% volumetric concentration. For volumetric concentrations of 4% and 2%, there was a 16% increase, and finally, for a 1% volumetric concentration, there was a 13% increase. For triple jets, compared to the non-nanoparticle case, there was a 22% increase in heat transfer for a 5% volumetric concentration. Also, there was a 19% increase for 4% and 2% volumetric concentrations, and a 14% increase for a 1% volumetric concentration. As a result, it was found that nanoparticle-added jets increased heat transfer and more heat transfer was achieved with increasing volumetric concentration ratio. Moreover, different wave types, frequencies, and amplitudes had varying effects on the jet performance. Importantly, we determined that multi-jets yielded more heat transfer than single jets. The use of nanofluids and multi-jets enhanced heat transfer, and pulsations improved the Nusselt number.