Heat transfer and flow structure in a rectangular channel with wing - type vortex generator

İçerisinde kanatçık üreteçleri bulunduran dikdörtgen kesitli kanallarda ısı transferi ve akışın incelenmesi

Özet

İçerisinde kanatcık tipi girdap üreteçleri bulunduran dikdörtgen kesitli kanallardaki ısı transferi, farklı Reynolds sayılarında (3000-30000) ve türbülanslı akış koşullarında deneysel olarak incelenmiştir. Bu çalışmada kullanılan girdap üreteçleri, levha-kanat tipli ve çapraz akışlı ısı değiştirgeçlerinde kullanılmaktadır. Kanatcıklar, periyodik olarak daralan ve genişleyen yapıda kanal içerisine yerleştirilmiştir. Böylelikle her bir kanatcık grubu, bir daralan ve bir genişleyen kısa kanallar oluşturmuştur. Kanatcıkların açısı, akış doğrultusu ile pozitif ve negatif olarak 7-20°arasında açı yapacak şekilde değiştirilebilmektedir. Kanatcık açılarının değişiminin ısı transferine etkileri deneysel olarak incelenmiş olup, her bir kanatcık çiftinin arkasındaki geçiş bölgelerinde kuvvetli bir akış karışımı gözlenmiştir. Bu akış karışımının, ısı transferinin iyileşmesine neden olduğu tespit edilmiştir. Isı transferindeki bu iyileşmeye karşılık sürtünme katsayısının arttığı görülmüştür.

Abstract

A detailed evaluation of performance parameters in the turbulent regime with regard to the enhancement of heat transfer using winglet-type vortex generators has been accomplished in this study. The heat transfer characteristics and flow structure in turbulent flow throught a rectangular channel containing built-in wing type vortex generator, have been investigated experimentally in the range of Reynolds number between 3,000 and 30,000. The geometrical configuration of interest is reminiscent of single element of a plate-fin cross-flow heat exchanger. The installation of wings is organized, in such a way that periodically interrupted enlarged and contracted channel flow domains can be established. Thus, each inglet pair acts as periodically interrupted divergent and convergent short channels in a rectangular channel. Wings were aligned at various angles of $\beta$=7-20° positively and negatively with the direction of main air flow direction. Each winglet pair induce longitudinal vorticity behind it, and strong mixing effects occur in a buffer region between divergent and convergent channel arrangements. The vortices in these flow domains cause enhanced heat transfer. It is observed that, the enhancement of heat transfer caused the increment of the friction coefficient.