Gövde borulu ısı değiştiricide farklı geometrik özelliklere sahip şaşırtma levhalarının ısı ve akış analizi
Heat and flow analysis of baffle plates with different geometrical properties in a shell and tube heat exchanger
Yazar: SELÇUK ARIK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZDEŞ ÇERMİK
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Endüstriyel olarak ısıtma, soğutma ve enerji tasarrufu gibi birçok uygulama alanı olan ısı değiştiricileri, günümüz teknolojisi içerisinde oldukça yaygın kullanım alanı bulmaktadır. Isı eşanjörleri, yüksek ısı transfer hızı, düşük maliyetli olması nedeniyle ısı transfer uygulamaları için cazip bir seçim haline gelmiştir. 

Bu çalışmada, gövde borulu bir ısı eşanjöründe akış analizi farklı debiler için deneysel ve sayısal olarak incelenecektir. Deneysel çalışmalar KSÜ Makine Mühendisliği Bölümü Laboratuvarında bulunan bir deney düzeneği kullanılarak yürütülecektir. Çalışmada soğuk akışkan (şebeke suyu) debisinin 0,10 kg/s ile 0.20 kg/s aralığında değişmesi planlanırken sıcak akışkan (şebeke suyu) sıcaklığı ve debisi sabit tutulacaktır. Soğuk akışkanın değişen debilerinde, 13 borudan oluşan gövde borulu ısı değiştiricisinin soğuk akışkan kısmında meydana gelen basınç düşümü ile ısı transferi değişimleri deneysel olarak belirlenecektir.

Sayısal çalışma kapsamında ise, gövde borulu ısı değiştiricisinin katı modeli gerçek ölçüleriyle Solidworks programında 3 boyutlu olarak oluşturulacak ve Ansys programında akış analizi gerçekleştirilecektir. Deneysel çalışmalarda kullanılan ve ölçülen büyüklükler sınır koşulu olarak ANSYS programında kullanılacaktır. Gövde borulu ısı değiştirici üzerinde hem mukavemeti arttırmak hem de türbülans şiddetini arttırarak ısı transferinin artmasını sağlayan şaşırtma levhaları bulunur. Deneysel ve sayısal çalışma sonuçları doğrulandıktan sonra, ısı geçişini artırmak ve basınç düşümünü azaltmak amacıyla şaşırtma levhasında geometrik iyileştirmeler yapılarak yeni şaşırtma levhaları tasarlanacaktır. Tasarlanan yeni şaşırtma levhalarının ısı transferi ve basınç düşümüme etkisi sayısal olarak incelenecektir.

Abstract:
Heat exchangers, which have many application areas such as heating, cooling and energy saving industrially, are widely used in today's technology. Heat exchangers have become an attractive choice for heat transfer applications due to their high heat transfer rate and low cost. In this study, flow analysis in a shell and tube heat exchanger will be investigated experimentally and numerically for different flow rates. Experimental studies will be carried out using an experimental setup in KSU Mechanical Engineering Department Laboratory. In the study, it is planned that the flow rate of cold fluid (mains water) will vary between 0.10 kg / h and 0.20 kg / h, while the temperature and flow of hot fluid (mains water) will be kept constant. The pressure drop and heat transfer changes occurring in the cold fluid part of the shell-and-tube heat exchanger consisting of 13 pipes at varying flow rates of the cold fluid will be determined experimentally. Within the scope of the numerical study, the solid model of the shell-and-tube heat exchanger will be created in 3D with real dimensions in Solidworks program and flow analysis will be performed in Ansys program. Measured quantities used in experimental studies will be used as boundary conditions in the ANSYS program. There are baffle plates on the shell-and-tube heat exchanger, which both increase the strength and increase the turbulence intensity and increase the heat transfer. After the experimental and numerical study results are confirmed, new baffle plates will be designed by making geometric improvements in the baffle plate in order to increase the heat transfer and reduce the pressure drop. The effect of the designed new baffle plates on heat transfer and pressure drop will be numerically examined.