Gemilerde kullanılan sandık tipi ısı değiştircilerin performans analizi ve optimizasyonu
Performance analysis and optimisation of box type heat exchangers used in ships
Yazar: ANIL ERTAYLAN
Danışman: DOÇ. DR. YASİN ÜST
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Denizcilik = Marine ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Isı transferi hayatın her aşamasında yaşanan bir olaydır. İnsan vücudu ya da onun birerbileşeni olan akciğerler de aslında organik birer eşanjördürler. Bu denli sık kullanılan bucihazlar için endüstrinin temel arayışlarından biri aynı ısı alışverişi miktarı için dahaküçük eşanjörler tasarlayabilmektir. Bu tezde de gemilerde kullanılan bir ısı değiştiricitipi için optimum bir ısı transfer alanı bulmak ve bu sistemin alternatif sistemlerle,büyüklük, termal performans, ekonomik avantajlılık anlamında mukayeseleriniyapabilmek amaçlı bir çalışma sunulmuştur.Endüstride bu iş için geliştirilmiş olan değiştirici tiplerinden bahsedilmiştir. Isıdeğiştiricilerin, ısı değişim şekline, kompaktlığına, akışkan sayısına, ısı geçişmekanizmasına, konstrüksiyon özelliklerine ve akış şekline göre sınıflandırılmalarıverilmiş bu esnada da temel özellikleri, imalatında ve kullanımında dikkat edilmesigereken bazı noktalar, kullanıldığı alanlar incelenmiş ve şekillerle desteklenmiştir.Isı değiştirici cihazların özellikle gemilerde kullanılan tiplerinden, hangi tür gemilerde vene amaçlarla kullanıldıkları anlatılmıştır. Tezin ana konusu kapsamında daha ziyadesandık tipi soğutucular üzerinde durulmuş, bunların çalışma prensibi, buz, sığ su gibizorlu deniz koşullarında performansları, diğer sistemlerle kıyasları, onlara karşıavantajları ve dezavantajları, kullanım şekilleri sunulmuş ve ardından konstrüktif veözellikle termal açıdan tasarım esasları irdelenmiştir.Isı değiştirici tipi ve alanı seçiminde iyi sonuçlar veren ve temelde NTU metodunadayanan bir matematik model yardımı ile sandık tipi soğutucu ve ekonomik mukayesemaksatlı gövde borulu bir ısı değiştirici için optimum alanlar hesaplanmış ve buhesaptan çıkan sonuçlar ile alan seçiminde rol oynayan etkenlerin optimum alanmiktarına nasıl etkilediği grafikler yardımı ile irdelenmiştir. Bu grafiklerden SSseçiminde ele alınacak parametreler ve bunlardaki değişikliklerin diğer verilere nasılyansıyacağı izlenebilmektedir.Belirlenmiş bir ana makine için her iki ısı değiştiricinin kullanıldığı birer soğutma suyudiyagramı oluşturulmuş ve aynı ana makineyi soğutmak için devrelere gerekendonanımların listesi çıkarılıp ilk yatırım, işletme ve bakım onarım maliyetlerihesaplanmıştır. Böylece aynı işi yapan birbirine alternatif olabilecek iki sisteminekonomik yönden mukayesesi yapılmıştır.Böyle sistemlerin tasarımcıları ve bu sistemlerin kullanıcısı olanlar için, matematikmodelin çalışma şekli, tasarım öncesi yapılan kabuller ve sonuçta elde edilen termal veekonomik veriler belirli bir sıra ile verilmiştir.

Abstract:
Heat transfer is an event that occurs every moment of life. Human body or itscomponents like lungs or skin are all organic heat exchangers. Most basic question ofindustry for this kind of most freqently used items is a way to design a smallerexchangers for the same amount of heat transfer. This study is prepared andpresented in order to find an optimum area for a kind of heat exchanger used in shipsand compare this system with its alternatives in way of dimensions, thermodynamicaland economical performances.Initially, types of heat exchangers are mentioned. Classification of heat exchangersaccording to their way and mechanism of heat exchange, compactness, no of fluid,constructions and flow types are explained by supporting diagrams and graphs withtheir basic and most common properties, points to consider during fabrication andusage of these items and utilization areas.After referring types of heat exchangers using in ships with their aim of usage, boxcoolers working principles, performances under icy or shallow water conditions,comparisons with other cooling systems and advantages, usages, and thermodynamicand constructive design principles are defined intensely.Optimum heat transfer areas both for a box cooler and a shell and pipe heat exchangerare determined in order to make comparison in way of their heat exchangingperformance in service of the same ship, by using a mathematical modelfundemantally based upon a NTU method. Parameters effecting the optimum heattransfer area are examined by this mathematical model. Graphics and diagrams arecreated in order to observe these parameters and their rate of effects reflected oneach parameters take role in the main function.For economical comparing, a cooling circuit is prepared for cooling the main engines ofthe same ship with two engines, both via box coolers and shell and tube heatexchangers. Necessary equipments for these two cooling circuits are listed and theirinvestment costs, operation and maintenance costs are calculated.A series of acceptances, equations and formulas, calculations, mathematic method andreceived thermodynamic and economic results are given respectively for designers andusers of this kind of cooling systems.