Research Article
BibTex RIS Cite

Uzatılmış lüle kullanılan jet çarpmalı soğutma uygulamalarında V-şekilli kanatçıkların akış ve ısı transferine etkisinin sayısal olarak incelenmesi

Year 2025, Volume: 40 Issue: 3, 1757 - 1770

Onur Can Aras , Ahmet Ümit Tepe , Kamil Arslan , Yaşar Yetişken

Abstract

Çarpan hava jetleri kullanılarak farklı boyutsuz lüle boşluklarında (2,0≤Gj/Dj≤6,0) ve türbülanslı (16250≤Re≤32500) akış şartlarında gerçekleşmiş olan bu çalışmada, düz bir yüzey üzerine yerleştirilen V-şekilli kanatçıkların farklı açılarda (90°≤θ≤270°) ısı transferi ve akış karakterine etkisi sayısal olarak araştırılmıştır. Analizler, SST k-ω türbülans modeli kullanılarak Ansys Fluent 19.2 programında gerçekleştirilmiştir. Analizlerden elde edilen verilerin yerel ve ortalama Nusselt sayısı, etkin verimlilik değerleri (PEC) ve hız profilleri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Sonuçlar, en yüksek ortalama Nusselt sayısının θ=180° kanatçıklı yüzeyden elde edildiğini göstermiştir. Ek olarak, en yüksek ortalama Nusselt sayılarına en düşük boyutsuz lüle boşluğu değerinde ulaşılmıştır. Dahası, incelenen parametreler arasında ısıl performanstaki en yüksek artış Re=16250’de Gj/Dj=4,0 ve θ=180° kanatçıklı yüzeyde elde edilmiştir. Sonuç olarak, yüzey üzerine uygun açıda tasarlanarak yerleştirilen kanatçıkların yüzeyin ısı transferini arttıracağı tespit edilmiştir.

Keywords

Çarpmalı Jetler Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Taşınım Isı Transferi

Ethical Statement

Bu çalışmanın, özgün bir çalışma olduğunu; çalışmanın hazırlık, veri toplama, analiz ve bilgilerin sunumu olmak üzere tüm aşamalarından bilimsel etik ilke ve kurallarına uygun davrandığımı; bu çalışma kapsamında elde edilmeyen tüm veri ve bilgiler için kaynak gösterdiğimi ve bu kaynaklara kaynakçada yer verdiğimi; kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı kabul ederek etik görev ve sorumluluklara riayet ettiğimi beyan ederim. Herhangi bir zamanda, çalışmayla ilgili yaptığım bu beyana aykırı bir durumun saptanması durumunda, ortaya çıkacak tüm ahlaki ve hukuki sonuçlara razı olduğumu bildiririm.

Supporting Institution

TÜBİTAK

Project Number

118M795

Thanks

Yazarlar, "3001 - Başlangıç Ar-Ge Projeleri Destekleme Programı" kapsamında "118M795" numaralı projeye finansal destek sağlayan TÜBİTAK'a teşekkür ederler.

References

  • 1. Kabakuş A., Karabey A., Yakut K., Yeşildal, F., Kanal akışında optimize edilmiş ısı alıcıların çarpan jetle ısı transferi ve akış karakteristikleri analizi, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 31 (1), 43-55, 2015.
  • 2. Florscuetz, L. W., Su C. C., Effects of crossflow temperature on heat transfer within an array of impinging jets, Journal of Heat Transfer (J. Heat Transfer), 109 (1), 74-82, 1987.
  • 3. San J. Y., Lai M. D., Optimum jet-to-jet spacing of heat transfer for staggered arrays of impinging air jets, International Journal of Heat and Mass Transfer (Int. J. Heat Mass Transfer), 44 (21), 3997-4007, 2001.
  • 4. Ligrani P., Lee J., Ren Z., Fox D. M., Moon H. K., Cross-flow effects on impingement array heat transfer with varying jet-to-target plate distance and hole spacing, International Journal of Heat and Mass Transfer (Int. J. Heat Mass Transfer), 75, 534-544, 2014.
  • 5. Wae-hayee M., Tekasakul P., Nuntadusit C., Influence of nozzle arrangement on flow and heat transfer characteristics of arrays of circular impinging jets, Songklanakarin Journal of Science and Technology, 35 (2), 203-212, 2013.
  • 6. Sarioglu M., Akansu Y. E., Kuvvet K. and Yavuz T., Flow field and heat transfer characteristics in an oblique slot jet impinging on a flat plate, International Communications in Heat and Mass Transfer (Int. Commun. Heat Mass Transfer), 35 (7), 873-880, 2008.
  • 7. Geçim S., Pulat E., İşman M. K., Etemoğlu A. B., Çarpan dikdörtgen bir hava jetinde türbülans modellerinin karşılaştırılması ve ilgili parametrelerin ısı transferine etkileri, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 13 (2), 69-84, 2008.
  • 8. Sözbir M., Uysal Ü., Experimental investigation of heat transfer of multi-row impingement jets in two-pass rectangular channel, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37 (2), 671-684, 2022.
  • 9. Telışık Ç. B., Lüle-hedef yüzey arası uzaklığın çarpan jet akış ve ısı transfer karakteristiklerine etkisinin sayısal olarak incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 80-81, 2007.
  • 10. Buyruk E., Karabulut K., Plakalı kanatçıklı ısı değiştiricilerde kanat geometrisinin ısı transferine olan etkisinin üç boyutlu sayısal olarak incelenmesi, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 19 (56), 346-363, 2017.
  • 11. Ekiciler R., Çetinkaya M. S. A., Arslan K., Convective heat transfer investigation of a confined air slot-jet impingement cooling on corrugated surfaces with different wave shapes, Journal of Heat Transfer (J. Heat Transfer), 141 (2), 2019.
  • 12. Zargarabadi M. R., Ravanji A., Effects of pin-fin shape on cooling performance of a circular jet impinging on a flat surface, International Journal of Thermal Sciences (Int. J. Therm. Sci.), 161, 106684, 2021.
  • 13. Singh P., Zhang M., Ahmed S., Ramakrishnan K. R., Ekkad S., Effect of micro-roughness shapes on jet impingement heat transfer and fin-effectiveness, International Journal of Heat and Mass Transfer (Int. J. Heat Mass Transfer), 132, 80-95, 2019.
  • 14. Zargarabadi M. R., Hadipour A., Dehghan M., Effect of micro-pin characteristics on flow and heat transfer by a circular jet impinging to flat surfaces, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry (J. Therm. Anal. Calorim.), 140, 943-951, 2020.
  • 15. Li L., Tong F., Gou W., Zhao Z., Gao W., Li H., Numerical investigation of impingement heat transfer on smooth and roughened surfaces in a high-pressure turbine inner casing, International Journal of Thermal Sciences (Int. J. Therm. Sci.), 149, 106186, 2020.
  • 16. Çalışır T., Çalışkan S., Kılıç, M., Başkaya Ş., Numerical investigation of flow field on ribbed surfaces using impinging jets, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32 (1), 119-130, 2017.
  • 17. Chen L., Brakmann R. G. A., Weigand B., Rodriguez J., Crawford M., Poser R., Experimental and numerical investigation of an impingement jet array with V-ribs on the target plate and on the impingement plate, International Journal of Heat and Fluid Flow (Int. J. Heat Fluid Flow), 68, 126-138, 2017.
  • 18. Uysal Ü., Korkmaz Y., Sözbir N., Hırca A. H., Gaz türbin kanatları kanallarında soğutma performansının araştırılması, Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi, 7 (2), 27-34, 2014.
  • 19. Öztürk M.S., Demircan T., Numerical analysis of the effects of fin angle on flow and heat transfer characteristics for cooling an electronic component with impinging jet and cross-flow combination, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37 (1), 57-74, 2022.
  • 20. Tepe A. Ü., Arslan K., Yetişken Y., Uysal Ü., Effects of extended jet holes to heat transfer and flow characteristics of the jet impingement cooling, Journal of Heat Transfer (J. Heat Transfer), 141 (8), 082202, 2019.
  • 21. Tepe A. Ü., Uysal Ü., Yetişken Y., Arslan K., Jet impingement cooling on a rib-roughened surface using extended jet holes, Applied Thermal Engineering (App. Therm. Eng.), 178, 115601, 2020.
  • 22. Menter F. R., Kuntz M., Langtry R., Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model, Heat and Mass Transfer (Heat Mass Transfer), 2003.
  • 23. Tepe A. Ü., Yetişken, Y., Uysal Ü., Arslan K., Experimental and numerical investigation of jet impingement cooling using extended jet holes, International Journal of Heat and Mass Transfer (Int. J. Heat Mass Transfer), 158, 119945, 2020.
  • 24. Çengel, Y. A., Isı ve Kütle Transferi-Pratik Bir Yaklaşım, Güven Bilimsel, İzmir, Türkiye, 2011.

Year 2025, Volume: 40 Issue: 3, 1757 - 1770

Onur Can Aras , Ahmet Ümit Tepe , Kamil Arslan , Yaşar Yetişken

Abstract

Project Number

118M795

References

  • 1. Kabakuş A., Karabey A., Yakut K., Yeşildal, F., Kanal akışında optimize edilmiş ısı alıcıların çarpan jetle ısı transferi ve akış karakteristikleri analizi, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 31 (1), 43-55, 2015.
  • 2. Florscuetz, L. W., Su C. C., Effects of crossflow temperature on heat transfer within an array of impinging jets, Journal of Heat Transfer (J. Heat Transfer), 109 (1), 74-82, 1987.
  • 3. San J. Y., Lai M. D., Optimum jet-to-jet spacing of heat transfer for staggered arrays of impinging air jets, International Journal of Heat and Mass Transfer (Int. J. Heat Mass Transfer), 44 (21), 3997-4007, 2001.
  • 4. Ligrani P., Lee J., Ren Z., Fox D. M., Moon H. K., Cross-flow effects on impingement array heat transfer with varying jet-to-target plate distance and hole spacing, International Journal of Heat and Mass Transfer (Int. J. Heat Mass Transfer), 75, 534-544, 2014.
  • 5. Wae-hayee M., Tekasakul P., Nuntadusit C., Influence of nozzle arrangement on flow and heat transfer characteristics of arrays of circular impinging jets, Songklanakarin Journal of Science and Technology, 35 (2), 203-212, 2013.
  • 6. Sarioglu M., Akansu Y. E., Kuvvet K. and Yavuz T., Flow field and heat transfer characteristics in an oblique slot jet impinging on a flat plate, International Communications in Heat and Mass Transfer (Int. Commun. Heat Mass Transfer), 35 (7), 873-880, 2008.
  • 7. Geçim S., Pulat E., İşman M. K., Etemoğlu A. B., Çarpan dikdörtgen bir hava jetinde türbülans modellerinin karşılaştırılması ve ilgili parametrelerin ısı transferine etkileri, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 13 (2), 69-84, 2008.
  • 8. Sözbir M., Uysal Ü., Experimental investigation of heat transfer of multi-row impingement jets in two-pass rectangular channel, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37 (2), 671-684, 2022.
  • 9. Telışık Ç. B., Lüle-hedef yüzey arası uzaklığın çarpan jet akış ve ısı transfer karakteristiklerine etkisinin sayısal olarak incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 80-81, 2007.
  • 10. Buyruk E., Karabulut K., Plakalı kanatçıklı ısı değiştiricilerde kanat geometrisinin ısı transferine olan etkisinin üç boyutlu sayısal olarak incelenmesi, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 19 (56), 346-363, 2017.
  • 11. Ekiciler R., Çetinkaya M. S. A., Arslan K., Convective heat transfer investigation of a confined air slot-jet impingement cooling on corrugated surfaces with different wave shapes, Journal of Heat Transfer (J. Heat Transfer), 141 (2), 2019.
  • 12. Zargarabadi M. R., Ravanji A., Effects of pin-fin shape on cooling performance of a circular jet impinging on a flat surface, International Journal of Thermal Sciences (Int. J. Therm. Sci.), 161, 106684, 2021.
  • 13. Singh P., Zhang M., Ahmed S., Ramakrishnan K. R., Ekkad S., Effect of micro-roughness shapes on jet impingement heat transfer and fin-effectiveness, International Journal of Heat and Mass Transfer (Int. J. Heat Mass Transfer), 132, 80-95, 2019.
  • 14. Zargarabadi M. R., Hadipour A., Dehghan M., Effect of micro-pin characteristics on flow and heat transfer by a circular jet impinging to flat surfaces, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry (J. Therm. Anal. Calorim.), 140, 943-951, 2020.
  • 15. Li L., Tong F., Gou W., Zhao Z., Gao W., Li H., Numerical investigation of impingement heat transfer on smooth and roughened surfaces in a high-pressure turbine inner casing, International Journal of Thermal Sciences (Int. J. Therm. Sci.), 149, 106186, 2020.
  • 16. Çalışır T., Çalışkan S., Kılıç, M., Başkaya Ş., Numerical investigation of flow field on ribbed surfaces using impinging jets, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32 (1), 119-130, 2017.
  • 17. Chen L., Brakmann R. G. A., Weigand B., Rodriguez J., Crawford M., Poser R., Experimental and numerical investigation of an impingement jet array with V-ribs on the target plate and on the impingement plate, International Journal of Heat and Fluid Flow (Int. J. Heat Fluid Flow), 68, 126-138, 2017.
  • 18. Uysal Ü., Korkmaz Y., Sözbir N., Hırca A. H., Gaz türbin kanatları kanallarında soğutma performansının araştırılması, Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi, 7 (2), 27-34, 2014.
  • 19. Öztürk M.S., Demircan T., Numerical analysis of the effects of fin angle on flow and heat transfer characteristics for cooling an electronic component with impinging jet and cross-flow combination, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37 (1), 57-74, 2022.
  • 20. Tepe A. Ü., Arslan K., Yetişken Y., Uysal Ü., Effects of extended jet holes to heat transfer and flow characteristics of the jet impingement cooling, Journal of Heat Transfer (J. Heat Transfer), 141 (8), 082202, 2019.
  • 21. Tepe A. Ü., Uysal Ü., Yetişken Y., Arslan K., Jet impingement cooling on a rib-roughened surface using extended jet holes, Applied Thermal Engineering (App. Therm. Eng.), 178, 115601, 2020.
  • 22. Menter F. R., Kuntz M., Langtry R., Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model, Heat and Mass Transfer (Heat Mass Transfer), 2003.
  • 23. Tepe A. Ü., Yetişken, Y., Uysal Ü., Arslan K., Experimental and numerical investigation of jet impingement cooling using extended jet holes, International Journal of Heat and Mass Transfer (Int. J. Heat Mass Transfer), 158, 119945, 2020.
  • 24. Çengel, Y. A., Isı ve Kütle Transferi-Pratik Bir Yaklaşım, Güven Bilimsel, İzmir, Türkiye, 2011.
There are 24 citations in total.

Details

Primary Language Turkish
Subjects Numerical Methods in Mechanical Engineering, Mechanical Engineering (Other)
Journal Section Makaleler
Authors

Onur Can Aras 0000-0002-0973-8808

Ahmet Ümit Tepe 0000-0001-7626-6348

Kamil Arslan 0000-0002-1216-6812

Yaşar Yetişken 0000-0002-0182-2124

Project Number 118M795
Early Pub Date June 4, 2025
Publication Date
Submission Date February 25, 2024
Acceptance Date December 14, 2024
Published in Issue Year 2025 Volume: 40 Issue: 3

Cite

APA Aras, O. C., Tepe, A. Ü., Arslan, K., Yetişken, Y. (2025). Uzatılmış lüle kullanılan jet çarpmalı soğutma uygulamalarında V-şekilli kanatçıkların akış ve ısı transferine etkisinin sayısal olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 40(3), 1757-1770.
AMA Aras OC, Tepe AÜ, Arslan K, Yetişken Y. Uzatılmış lüle kullanılan jet çarpmalı soğutma uygulamalarında V-şekilli kanatçıkların akış ve ısı transferine etkisinin sayısal olarak incelenmesi. GUMMFD. June 2025;40(3):1757-1770.
Chicago Aras, Onur Can, Ahmet Ümit Tepe, Kamil Arslan, and Yaşar Yetişken. “Uzatılmış lüle kullanılan Jet çarpmalı soğutma uygulamalarında V-şekilli kanatçıkların akış Ve ısı Transferine Etkisinin sayısal Olarak Incelenmesi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 40, no. 3 (June 2025): 1757-70.
EndNote Aras OC, Tepe AÜ, Arslan K, Yetişken Y (June 1, 2025) Uzatılmış lüle kullanılan jet çarpmalı soğutma uygulamalarında V-şekilli kanatçıkların akış ve ısı transferine etkisinin sayısal olarak incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 40 3 1757–1770.
IEEE O. C. Aras, A. Ü. Tepe, K. Arslan, and Y. Yetişken, “Uzatılmış lüle kullanılan jet çarpmalı soğutma uygulamalarında V-şekilli kanatçıkların akış ve ısı transferine etkisinin sayısal olarak incelenmesi”, GUMMFD, vol. 40, no. 3, pp. 1757–1770, 2025.
ISNAD Aras, Onur Can et al. “Uzatılmış lüle kullanılan Jet çarpmalı soğutma uygulamalarında V-şekilli kanatçıkların akış Ve ısı Transferine Etkisinin sayısal Olarak Incelenmesi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 40/3 (June 2025), 1757-1770.
JAMA Aras OC, Tepe AÜ, Arslan K, Yetişken Y. Uzatılmış lüle kullanılan jet çarpmalı soğutma uygulamalarında V-şekilli kanatçıkların akış ve ısı transferine etkisinin sayısal olarak incelenmesi. GUMMFD. 2025;40:1757–1770.
MLA Aras, Onur Can et al. “Uzatılmış lüle kullanılan Jet çarpmalı soğutma uygulamalarında V-şekilli kanatçıkların akış Ve ısı Transferine Etkisinin sayısal Olarak Incelenmesi”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol. 40, no. 3, 2025, pp. 1757-70.
Vancouver Aras OC, Tepe AÜ, Arslan K, Yetişken Y. Uzatılmış lüle kullanılan jet çarpmalı soğutma uygulamalarında V-şekilli kanatçıkların akış ve ısı transferine etkisinin sayısal olarak incelenmesi. GUMMFD. 2025;40(3):1757-70.