Optimization of Heat Receiver Design Parameters in Multi-Multiplier Jet Heat Transfer by Taguchi Method

Abstract

Çarpan jet akışına ait tekniklerin kullanımı, son zamanlarda birçok araştırmacı için büyük önem taşımaktadır. Bu yöntem sayesinde, büyük ısı transfer oranları elde edilmektedir. Bu çalışmada, farklı geometrilerde modellenmiş dikdörtgen kanatçıklardan oluşan ısı alıcılar yardımıyla eğimli yüzeylerde çoklu çarpan jetle soğutma yapılmış ve ideal soğutmanın sağlandığı parametreler elde edilmiştir. En uygun parametrelerin elde edilmesinde, sanayi uygulamalarında zamandan ve maliyetlerden tasarruf sağlayacağı düşüncesiyle Taguchi metodundan faydalanılmıştır. Çalışmada çoklu nozulla eğimli yüzeylerde yapılacak çarpan jet uygulamalarında optimum şartların belirlenmesi amacıyla on bir farklı parametre üçer farklı seviyede incelenmiştir. Nusselt sayısı, performans karakteristiği olarak dikkate alınmış ve belirlenen on bir parametre için L27(311) ortoganal dizisi deney planı olarak seçilmiştir. Hesaplamalarda nozul çapı kullanılarak Nusselt sayısı hesaplandığında optimum sonuçlar, 40 mm boru çapı, 9 m/s hava hızı, 20 mm dilimler arası düşey mesafe, 400 Watt ısı akısı, 20 mm kanatlar arası düşey mesafe, 15 mm kanat genişliği, 30° kanat açısı, 15 mm dilimler arası yatay mesafe, 10° ısı alıcı açısı, 20 mm kanatlar arası yatay mesafe ve 8 lüle çapının lüle-ısı alıcı mesafesine oranı (h/d) şartlarında elde edilmiştir. Elde edilen veriler ile oluşturulan kanatçıklı optimum ısı alıcı ile kanatçıksız ısı alıcı, analiz sonucu elde edilmiş olan optimum şartlarda karşılaştırılmış ve optimum şartlarda kanatçıklı ısı alıcının, kanatçıksız ısı alıcıya nazaran % 28,61 oranında ısı transferini iyileştirdiği sonucuna varılmıştır.

The use of impingement jet technics drew significant attention of researchers in the recent period. In this method, significant heat transfer rates are achieved. In this study, with the help of heat sinks created by using rectangular fins modeled in different geometries, cooling with multiple impinging jets on inclined surface was performed and the parameters that provide ideal cooling were obtained. In order to obtain the most suitable parameters, the Taguchi method was used with the thought that it would save time and costs in industrial applications. In the study, eleven different parameters were examined at three different levels in order to determine the optimum conditions for multi-nozzle impinging jet applications on inclined surface. Nusselt number considered as performance characteristics, L27(311) orthogonal array has been selected as an experimental plan for the eleven parameters. When the Nusselt number has been calculated by taking into account the nozzle diameter, the optimized results have been found to be nozzle diameter of 40 mm, flow velocity of 9 m/sn, streamwise distance between slices of 20 mm, heat flux of 400 W, streamwise distance between fins of 20 mm, fin width of 15 mm, fin angle of 30o, spanwise distance between slices of 15 mm, heat sink angle of 10°, spanwise distance between fins of 20 mm and dimensionless distance of 8. With the obtained data, optimum heat sink and flat plate were compared under optimum conditions and it was concluded that the finned heat sink improved the heat transfer by 28.61% compared to the flat plate.