Dikdörtgen kesitli bir kanalda ayrık ısı kaynaklarından karışık konveksiyonla ısı transferinin deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada en/yükseklik oranı (W/H) 8 olan, alt ve üst yüzeylerine ayrık ısı kaynakları yerleştirilmiş, dikdörtgen kesitli yatay bir kanalda laminer karışık konveksiyon şartlarında ısı transferi deneysel olarak incelenmiştir. Her bir ayrık ısı kaynağı elektronik sistemlerde bulunan yongaları temsil etmektedir. Alt ve üst yüzeyinde üniform ısı akısına maruz bırakılmış ayrık ısı kaynakları bulunan kanalın, alt, üst ve yan yüzeyleri dıştan yalıtılmıştır. Değişik Reynolds ve Grashof sayılarında deneyler yapılmıştır. Kanal alt ve üst yüzey sıcaklık dağılımının zamanla değişimi gözlenerek, akışın sürekli hale geldiği zaman belirlenmiştir. Kanalın alt kısmında bulunan ısı kaynakları için, ilk ısıtıcı sıralarında akış zorlanmış konveksiyon özelliği göstermiş, son sıralara doğru ise kaldırma kuvveti etkili ikincil akışın etkisiyle Nusselt sayılarında artış gözlenmiştir. Grashof sayısının artmasıyla, kaldırma kuvveti etkili ikincil akış daha etkili hale gelmiştir. Üst kısım ısıtıcılarının, yüksek Grashof sayılarında alt kısımdan yükselen hava hareketinden etkilendiği görülse de, daha çok zorlanmış konveksiyon etkisinde kaldığı görülmüştür.

Experiments have been performed to investigate laminar mixed convection heat transfer in a horizontal rectangular channel, with discrete heat sources at the upper and lower surfaces, and having an aspect ratio of W/H (width/length)=8. Each of flush mounted heat sources represents a chip in electronic devices. Side, bottom and top walls of the channel were insulated and the discrete heat sources were subjected to an uniform heat flux. Experiments were performed at different Reynolds and Grashof numbers. The steady-state flow conditions were determined to exist by observing the variation of temperature distribution at the top and bottom walls of the channel. For the bottom heat sources, the fluid flow over the first rows of heaters shows a forced-convection thermal entry region characteristic. For the last rows, however, the buoyancy-driven secondary flow causes an increase in the Nusselt number. The buoyancy-driven secondary flow becomes more effective with the increase in Grashof number. Although the top heat sources are seen to be affected from the air flow rising from bottom regions, they are more affected by the forced-convection fluid flow.