Experimental and Numerical Analysis of Heat and Flow Characterstics With Impingement Jet for Optimized Rectangular Finned Heat Sinks

Abstract

Çeşitli endüstri sektörlerinde sistemlerin çalışması sırasında oluşan ısının, sistem ömrü ve performansı üzerinde olumsuz etkileri vardır. Bu nedenle sistemin devrede olduğu anlarda oluşan bu ısının sistemden en kısa sürede uzaklaştırılması büyük önem kazanmaktadır. Bu amaçla kullanılan çarpan hava jeti, kağıt kurutması, elektronik elemanların soğutulması, cam temperlenmesi ve gaz türbin kanatlarının soğutulması gibi pek çok endüstriyel uygulamada kullanılmaktadır. Bu çalışmada, daha önce Taguchi L18(21*37) deney yöntemi ile optimize edilmiş dikdörtgen kanatçıklı ısı alıcının, çarpan jetle ısı transfer karakteristikleri incelenmiştir. Optimize edilerek elde edilen ısı alıcıda, farklı lüle çapı, h/d mesafesi ve hız değerlerinin etkisi analiz edilmiştir. Deneyler 4 farklı lüle çapında (d=40, 50, 63, 75 mm), 3 farklı lüle-ısı alıcı mesafesinin lüle çapına oranında (h/d=1,2,3) ve altı farklı hız değerinde (V=4, 5, 6, 7, 8, 9 m/sn) gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak; elde edilen veriler Nu-Re grafikleri şeklinde çizildi ve parametrelerin ısı transferine etkileri analiz edildi. Bunlara ilaveten, ısı transferinin en etkili gerçekleştiği koşul için sayısal analiz yapılarak sonuçlar karşılaştırıldı.

Operation of industrial systems induced heat has negative effects on system performance and service life. For this reason, the heat must be transferred as quickly as possible from the system to the environment. For this purpose, impingement jet applications are widely used in various industrial sectors such as paper drying, cooling of electronic components, glass tempering and cooling of gas turbine blades. In this study, impingement air jet heat transfer characteristics were investigated for rectangular finned heat sinks which optimized according to the Taguchi L18(2¹*37) experimental design method. The effect of different nozzle diameter, h/d distance and speed values on the heat sink obtained by optimization was analyzed. The experiments were performed at 4 different nozzle diameters (d=40, 50, 63, 75 mm), 3 different nozzle-heat sink distance to the nozzle diameter (h/d=1, 2, 3) and six different speed values (V = 4, 5, 6, 7, 8, 9 m/sec). As a result; the obtained data were presented as Nu-Re graphs and the effects of the parameters on heat transfer were analyzed. In addition, numerical analysis was performed for the most effective condition of heat transfer and the results were compared.