NUMERICAL ANALYSIS OF PULSATING CIRCULAR IMPINGING LAMINAR JET ON A PLANAR DISC

DÜZLEM BİR DİSKE ÇARPAN OSİLASYONLU DAİRESEL LAMİNAR JETİN SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Abstract

In this study, the flow and heat transfer characteristics of pulsating circular air jets impinging on a flat surfacewere numerically analyzed. The jet velocity pulsated in time. The objective of the work is to investigate the influenceof the jet Reynolds number, pulsation amplitude and pulsation frequency on the rate of heat transfer from the target hotsurface. For the analysis, a computer program, based on the control volume method and SIMPLE algorithm, wasdeveloped. Laminar flow with the time averaged jet Reynolds numbers between 300 and 700 were analyzed. Thepulsation amplitude is ranged between 0.0V0 (steady jet) and 0.8V0 (m/s) (V0 is period averaged jet velocity), and thefrequency is ranged between 1 and 6 Hz. The nozzle-to-plate distance was kept constant at H/d=3. From the simulationresults, it was observed that at any instant of the pulsation period, the local Nusselt number is maximum at the stagnationpoint, and it decreases along the plate. This decrease in the local Nusselt number is not monatomic as in the steady jetcases. It has local maximum and minimum values (fluctuations) due to the moving recirculating flow regions along thebottom plate. At low frequencies, the time (period) averaged stagnation point Nusselt numbers are lower than thecorresponding steady jet Nusselt numbers. However, with the increasing frequency, the stagnation point Nusselt numberincreases and become higher than the steady jet Nusselt number.

Özet

Bu çalışmada, düzlem bir diske çarpan dairesel osilasyonlu jetlerin akış ve ısı transferi karakteristikleri sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmanın amacı, dairesel bir nozuldan çıkıp düzlem bir yüzeye çarpan salınımlı hava jetinin, Reynolds sayısının, salınım genliğinin ve salınım frekansının, hedef yüzeyden akışkana olan ısı transferine etkilerini incelemektir. Bu sayısal çalışmayı yapmak için, kontrol hacmi formülasyonu ve SIMPLE algoritmasına dayanan bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Simülasyonlar, Reynolds sayısı 300 - 700, salınım genliği 0.0V0-0,8V0 ve salınım frekansı 1-6 Hz aralığındaki jet akışlar için yapılmıştır. Nozul-çarpma yüzeyi arasındaki uzaklığın, lüle çapına oranı H/d=3 sabit tutulmuştur. Simülasyon sonuçlarından çarpma periyodunun bütün anlarında durma noktası Nusselt sayısının maksimum olduğu ve durma noktasından uzaklaştıkça Nusselt sayısının azaldığı görülmüştür. Nusselt sayısındaki bu azalma, kararlı jetlerde olduğu gibi monotomik olmayıp yerel maksimum ve minum değerlere sahip olduğu gözlenmiştir. Alt levha üzerinde hareketli akış döngüleri meydana geldiği ve bu döngüler nedeniyle Nusselt sayısında yerel maksimum ve minimum değerlerin oluştuğu görülmüştür. Düşük salınım frekanslarında, Nusselt sayısı aynı Reynolds sayısına sahip kararlı jet Nusselt sayısından daha küçük olduğu, ancak artan frekansla salınımlı jet Nusselt sayısının arrtığı ve kararlı jet Nusselt sayısından daha yüksek değere ulaştığı görülmüştür.