Helisel Sarılı Isı Değiştiricilerde Farklı Geometrik Özelliklerin Isı Transferine Etkisinin Deneysel ve Sayısal Olarak Araştırılması
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Sivas Cumhuriyet Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: MUSTAFA CANER
Danışman: Ertan Buyruk
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu doktora tez çalışmasında toplam boru boyu ve yüzey alanı aynı olan farklı geometrik boyutlarda ve farklı geometrik özelliklerde helisel olarak sarılmış ısı değiştiricilerde meydana gelen ısı transferinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla helisel ısı değiştiricilerin suya daldırılmış (gövde tarafında doğal taşınım) ve gövde borulu ısı değiştiricilerde (gövde tarafında zorlanmış taşınım) kullanılması durumlarını içeren deneysel sistemler tasarlanmıştır. Gövde tarafında doğal taşınım içeren deneylerde sarım geometrisinin ve borunun geometrik özelliklerinin ısı transferine etkisi incelenmiştir. Sarım geometrisinin ısı transferine etkisini incelemek amacıyla farklı sarım çapları (145 mm, 170 mm ve 210 mm) ve farklı hatve değerlerinde (25 mm ve 32 mm) düz bakır borudan imal edilen 4 adet ısı değiştirici kullanılmıştır. Boru geometrik özelliklerinin ısı transferine etkisini araştırmak için ise kanatlı, yivli ve koruge borulu ısı değiştiriciler kullanılmıştır. Gövde tarafında doğal taşınım içeren deneyler sürekli şartlarda gerçekleştirilmiştir. Isı değiştirici yaklaşık 80 L hacmindeki sıcak su tankına yerleştirilmiştir ve helisel sarılmış borunun içinde soğuk su akmaktadır. Deneyler farklı sıcak su sıcaklıkları (50 °C, 60 °C, 70 °C, 80 °C) ve farklı soğuk su debilerinde (2 L/dk, 3 L/dk, 4L/dk ve 5 L/dk) gerçekleştirilmiştir. Soğuk suyun ısı değiştiriciye giriş sıcaklığı 20 °C olarak belirlenmiştir. Deneyler sonucunda boru tarafında Nu sayıları, soğuk suyun sıcaklığındaki artış miktarları, meydana gelen ısı transferleri ve ısı değiştiricilerin etkenlikleri belirlenmiştir. Ayrıca belirlenen modellerin sayısal analizleri gerçekleştirilmiş ve sayısal analiz sonuçları deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlar incelendiğinde tüm modellerde soğuk su debisinin ve sıcak su sıcaklığının artması ile gerçekleşen ısı transferinin artmıştır. Yine tüm modellerde soğuk su debisinin artması ile etkenlik değeri düşerken sıcak su sıcaklığının artması ile etkenlik değeri artmıştır. Sarım çapının etkisi incelendiğinde ise sarım çapının artması ile ısı transferi ve etkenlik değerlerinin azaldığı görülmüştür. Sarım çapı 145 mm olan model ile 210 mm olan modelin ortalama etkenlikleri arasında %7,8 fark olduğu hesaplanmıştır. Hatvenin 25 mm'den 32 mm'ye çıkarılması ile birlikte etkenlik bir miktar artmıştır. Hatve değerinin artması ile birlikte ısı transferinin de %1,08 oranında arttığı görülmüştür. Farklı geometrik özelliklerdeki modellerin sonuçları incelendiğinde kanatlı, yivli ve koruge borulu modellerde ısı transferi ve etkenliğin arttığı görülmüştür. Aynı koşullarda en yüksek ısı transferi ve etkenlik değerleri yivli borulu modelde elde edilmiştir. Gövde tarafında zorlanmış taşınım olan deneylerde yivli ve koruge borulu ısı değiştiriciler kullanılmıştır. Gerçekleştirilen deneylerde gövde tarafında sıcak su akarken boru tarafında soğuk su akmaktadır. Deneyler farklı sıcak su sıcaklıklarında (50 °C, 60 °C ve 70 °C), farklı sıcak su debilerinde (2 L/dk, 3 L/dk ve 4 L/dk) ve farklı soğuk su debilerinde debilerinde (1 L/dk, 2 L/dk ve 3 L/dk) gerçekleştirilmiştir. Soğuk su sıcaklığı tüm deneylerde 20 °C olarak ayarlanmıştır. Deneyler sonucunda yivli ve koruge borulu ısı değiştiricilerde meydana gelen ısı transferleri ve etkenlik değerleri hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, yivli ve koruge borulu ısı değiştiricilerin belirlenen deneysel koşullarda gövde tarafında zorlanmış taşınım olması durumunda ısı transferi performanslarında belirgin bir farklılık olmamıştır.