Geriye dönük adım akışı, ısı depolama kaplarının iç ve dış akışında veya güç dönüştürme sistemlerinin toplayıcıları gibi birçok cihazda önemli olup akışın karmaşık yapısı nedeniyle önemli geometrik modellerden biri olarak göze çarpmaktadır. Bu çalışmada, dikey olarak yerleştirilmiş geriye dönük adım akışı geometrisinde h/2 ve 3h/4 olmak üzere farklı pah uzunluklu adım köşe yapılarının pahsız (normal) geometriye göre ısı transferi ve türbülanslı akış özellikleri sayısal olarak incelenmiştir.Geriye dönük adım geometrisinde duvarlardan yalnızca bir tanesi sabit sıcaklıkta tutulurken, diğer duvarlar adyabatiktir. Çalışma akışkanı olarak saf su ve hacimce %0.01 konsantrasyonlu MWCNT-saf su nanoakışkanı kullanılmıştır. Adım genişleme oranı 1.5’ dir. Çalışmanın sonuçları, üç boyutlu, zamandan bağımsız olarak korunum denklemlerinin k-ε türbülans modelli, Boussinesq yaklaşımıyla sonlu hacimler yöntemi olan ANSYS-FLUENT programının kullanılarak çözülmesiyle elde edilmiştir. Sunulan çalışma, literatürde bulunan çalışmanın sayısal sonuçlarıyla karşılaştırılmış olup birbirleriyle uyumlu ve kabul edilebilir olduğu görülmüştür. Sonuçlar, Nu sayısı, akışkanın sıcaklık, türbülans kinetik enerji ve basınç değişimleri olarak sunulmuştur. Ayrıca, geriye dönük adım akışı geometrisinde, sıcaklık, hız ve akım çizgileri dağılımları görselleştirilmiştir. Re=10000 için adım geometrisinin aşağı akım bölgesinde MWCNT-saf su nanoakışkanının kullanıldığı normal geometrinin 3h/4 adım geometrisine göre yaklaşık %8.9 daha fazla ortalama Nu sayısı artışı sağladığı belirlenmiştir.   

Keywords - Ayrılmış akış, geriye dönük adım akışı, ısı transferi, karbon nanotüp, nanoakışkan

[1] V. Trisaksri, S. Wongwises, “Critical review of heat transfer characteristics of nanofluids”. Ren. Sust. Energy Reviews, vol. 11, pp. 512-523, 2007.
[2] J.C. Maxwell, A treatise on electricity and magnetism, 2nd ed., Oxford Clarendon Press, Cambridge, England, 1904.
[3] S.K. Gupte, S.G. Advani, P. Huq, “Role of micro-convection due to non-affine motion of particles in a ono-disperse suspension”. Int. J Heat and Mass Transf., vol. 38, pp. 2945-2958, 1995.
[4] S.J. Kim, I.J. Bang, J. Buongiorno, L.W. Hu, “Surface wettability change during pool boiling of nanofluids and its effect on critical heat flux”. Int. J Heat and Mass Transf., vol. 50, pp. 4105-4116, 2007.
[5] S.M. Kwark, R. Kumar, G. Moreno, J. Yoo, S.M. You, “Pool boiling characteristics of low concentration nanofluids”. Int. J Heat and Mass Transf., vol. 53, pp. 972-981, 2010.
[6] K.S. Hong, T.K. Hong, H.S. Yang, “Thermal conductivity of Fe nanofluids depending on the cluster size of nanoparticles”. Applied Physics Lett., vol. 88, pp. 1-3, 2006.
[7] L. Hwan, K. Hwang, S. Janga, B. Lee, J. Kim, S.U.S. Choi, C. Choi, “Effective viscosities and thermal conductivities of aqueous nanofluids containing low volume concentrations of Al2O3 nanoparticles”. Int. J Heat and Mass Trans., vol. 51, pp. 2651-2656, 2008.
[8] H. Xie, H. Lee, W. Youn, M. Choi, “Nanofluids containing multiwalled carbon nanotubes and their enhanced thermal conductivities”. J Applid Physics, vol. 94, pp. 4967-4971, 2003.
[9] B.F. Armaly, F. Durst, J.C.F. Pereira, B. Schönung, “Experimental and theoretical investigation of backward-facing step flow”. J. Fluid Mech., vol. 127, pp. 473-496, 1983.
[10] P. Nadge, R. Govardhan, “High Reynolds number flow over a backward-facing step: structure of the mean separation bubble”. Exp. Fluids, vol. 55, pp. 1-22, 2014.
[11] N. Kasagi, A. Matsunaga, “Three-dimensional particle-tracking velocimetry measurement of turbulence statistics and energy budget in a backward-facing step flow”. Int. J. Heat Fluid Flow, vol. 16, pp. 477-485, 1995.
[12] H. Le, P. Moin, J. Kim, “Direct numerical simulation of turbulent flow over a backward-facing step”. J. Fluid Mech., vol. 330, pp. 349-374, 1997.
[13] R.L. Simpson, “Turbulent boundary-layer separation”. Annu. Rev. Fluid Mech., vol. 21, pp. 205-232, 1989.
[14] J.C. Vogel, J.K. Eaton, “Combined heat transfer and fluid dynamic measurements downstream of a backward-facing step”. J. Heat Transfer, vol. 107, pp. 922-929, 1985.
[15] A. Keating, U. Piomelli, K. Bremhorst, S. Nei, “Large-eddy simulation of heat transfer downstream of a backward-facing step”. J. Turbul., vol. 5, pp. 1-27, 2004.
[16] R.V. Avancha, R.H. Pletcher, Large eddy simulation of the turbulent flow past a backward-facing step with heat transfer and property variations”. Int. J. Heat Fluid Flow, vol. 23, pp. 601-614, 2002.
[17] ANSYS Inc., ANSYS FLUENT User's Guide, Fluent, Netherland, Lebanon, ANSYS Press, 2003.
[18] K. Karabulut, E. Buyruk, K. Yapıcı, F. Kılınc, “Karbon nanotüp içeren nanoakışkanın ısı transferi artışı ve basınç düşüşü performansının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi”. in Proc. ULIBTK’ 15, 2015, p. 96.
[19] H. Togun, M.R. Safaei, R. Sadri, S.N. Kazi, A. Badarudin, K. Hooman, E. Sadeghinezhad, “Numerical simulation of laminar to turbulent nanofluid flow and heat transfer over a backward-facing step”. App. Mathematics and Comp., vol. 239, pp. 153-170, 2014