Determination of heat output of panel radiators using cfd and investigation of alternative designs - Aydar, Emir (My University, 2014)
PANEL RADYATÖRLERİN ISI ÜRETİMİNİN CFD İLE BELİRLENMESİ VE ALTERNATİF DİZAYNLARIN ARAŞTIRILMASI Nümerik çalışmada kullanılacak sınır şartlarını belirlemek ve nümerik yollarla elde edilen sonuçları doğrulamak için EN 442 standardına uygun deneysel bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Testler üç farklı aşırı sıcaklık çalışma şartına dayanarak yapılmıştır. Bu test odasından elde edilen deneysel sonuçlarla karşılaştırmak için Grashof sayısı 1.09x109 olan test odası içindeki termal radyasyon ile birlikte türbülanslı doğal taşınım ve radyatör içindeki suyun akışı birlikte simüle edilmiştir. Nümerik çalışmaların yapılması sırasında, 3 boyutlu, iki parametreli k–å modeli olarak bilinen düşük Reynolds sayılı k–å türbülans modeli kullanılmıştır. Test edilen radyatör yüzeylerindeki sıcaklığın her bölgede aynı olmadığı gözlenmiştir. Deneysel ve nümerik yollarla hesaplanan ısı yayma kapasiteleri arasındaki fark 50 °C aşırı sıcaklık için %1.70, 60 °C aşırı sıcaklık için %2.27 ve 30 °C aşırı sıcaklık için %10.03’tür. 50 °C ve 60 °C aşırı sıcaklıklar için nümerik yollarla elde edilen sonuçların oldukça iyi, 30 °C aşırı sıcaklıkta ise kabul edilebilir bir aralıkta olduğu değerlendirilmiştir. Bu çalışma yeni ısıtıcı tiplerinin geliştirilmesinde sayısal metotların kullanımının uygulanabilir olduğunu göstermektedir. Suyun dikey kanallarda düzgün dağılabilmesi için panel kısmında modikasyonlar gerçekleştirilmiştir. Boyut ve dolayısıyla maliyeti azaltmak için, uygun kanat uzunluğu belirlenmiştir. Daha verimli bir kanat için, üçgen profilli kanat tasarımı incelenmiştir. Yeni tasarım panel radyatörün kullanılması durumunda, test edilen radyatörden elde edilen sonuçlara göre yaklaşık olarak %8 fazla ısı transferi sağlanmıştır ve ağırlık %17.22 azalmıştır. Üçgen profilli kanat kullanılması durumunda, konveksiyon ile ısı transfer performansındaki %9.95’lik azalma karşılığında, kanat boyudu ve dolayısıyla maliyet %1.79 azalmıştır. Üçgen profilli kanat verimlerinden elde edilen sonuçlar, parabolik profilli kanat verimlerinden daha yüksek çıkmıştır. Kanat uzunluğunun 37 mm’den (test edilen radyatörün kanat uzunluğu) 36 mm’ye düşürmek, ısı transferinde %0.1’lik artışa neden olmuştur. Isı transferindeki %0.1’lik artış karşılığında, kanat boyudu ve dolayısıyla maliyet %2.1 azalmıştır.

DETERMINATION OF HEAT OUTPUT OF PANEL RADIATORS USING CFD AND INVESTIGATION OF ALTERNATIVE DESIGNS An experimental study was conducted in accordance with EN442 in the standard test room in order to determine boundary conditions for computational study and verify numerical results. Tests were carried out in three different operating conditions. Turbulent natural convection coupled with thermal radiation in the test room and water flow inside the tested radiator were simulated together in order to compare with the experimental data obtained for this cavity at a Grashof number equal to 1.09x109. In carrying out numerical investigations, a three-dimensional, low-turbulence, two-parameter k–å model known as the low-Reynolds-number k–å turbulence model was used. Non-uniform temperature distribution on the front surface of tested radiators was observed. The difference between experimental and computational heat transfer rate are 1.70%, 2.27%, 10.03% in case of the excess temperatures of 50 °C, 60 °C, 30 °C, respectively. Quite good results are obtained for the excess temperature of 50 °C and 60 °C. For the lowest excess temperature, results are also in acceptable range. The study shows that computational methods can be applicable in the design of new heater types. In order to distribute the water in the vertical channels uniformly, modifications at panel section were performed. In order to decrease size and thus decrease cost, the proper length of the fin was determined. In order to get more efficient fin, fins with triangular profiles were investigated. It is found that the rate of heat transfer is increased by approximately 8% and weight is decreased by 17.22% using novel panel radiator compared to the rates obtained by tested panel radiator. Decreasing 9.95 percent in convection heat transfer performance in return for 1.79 percent reduction in the size and possibly the cost of the fin by using fins with triangular profiles. Fin efficiencies of the fins with triangular profiles are more efficient than the ones with parabolic profiles. It is also found that reducing the fin length from L=37mm (fin length of the tested radiator) to L=36mm in that case causes a raise of just 0.1 percent in heat transfer. Increasing 0.1 percent in heat transfer performance in return for 2.1 percent reduction in the size and possibly the cost of the fin.
Keywords: Makine Mühendisliği