Plakalı ısı eşanjörlerinde plaka geometrisi ile dinamik ve termal parametrelerin ısı transferine etkilerinin deneysel olarak araştırılması
Experimental investigation of effects to heat transfer of plate geometry with dynamic and thermal parameters in the plate heat exchangers
Yazar: BAYRAM KILIÇ
Danışman: PROF. DR. OSMAN İPEK
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmanın amacı, çeşitli uygulamalarda kullanılan plakalı ısı eşanjörlerinin farklı plaka geometrisi, debi ve sıcaklıklardaki performanslarını araştırmaktır. Bu amaçla, plakalı ısı eşanjörü kullanılan bir ısıtma sistemi tasarlanmıştır. Belirli debi ve sıcaklık değerleri için farklı plaka geometrisine sahip plakalı ısı eşanjöründeki ısı transferleri hesaplanarak sistemin optimum çalışma şartları tespit edilmiştir. 

Doktora çalışması dâhilinde toplam 6 adet deney yapılmıştır. Deneylerde 30o ve 60o plaka yüzey açısına sahip olan plakalı ısı eşanjörü kullanılmıştır. Yapılan analizlerde, plakalı ısı eşanjörünün maksimum ısı transferi ve etkinlik değerlerini sağlayan çalışma şartları, plaka yüzey açısı 60o, sıcak su giriş sıcaklığı 60 oC, soğuk su giriş sıcaklığı 15 oC, debi değeri ise 0,3 kg/s olarak belirlenmiştir.

Plakalı ısı eşanjöründeki akışa ait Reynolds sayısı 1556, basınç kaybı değeri ise 11667 Pa olarak belirlenmiştir. Ayrıca sistemde kullanılan plakalı ısı eşanjörünün ekserji kaybı analizleri de yapılmıştır.

Yapılan analizlere ek olarak, sistemin çalışma şartlarına bağlı olarak ısı transferi ve etkinlik değerleri yapay sinir ağları (YSA) kullanılarak tahmin edilmiştir. YSA`dan elde edilen formüllerle istenilen çalışma şartlarında sistemin ısı transfer ve etkinlik değerleri hesaplanmıştır. YSA?dan ve deneylerden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Plakalı ısı eşanjörü, Plaka yüzey açısı, Termodinamik analiz.

Abstract:
Aim of this study, to investigate the performance in the different plate geometry, temperature and flow rate of plate heat exchangers used in the various applications. For this, heating system is designed with plate heat exchanger (PHE). Optimum working conditions of the system are determined by calculate heat transfer rate in the plate heat exchanger for the specified flow rate, temperature and the different plate geometry. 

Totally, 6 experiments was carried out within the PhD study. 30o and 60o plate surface angle are used in the experiments for PHE. According to the analysis,  operating conditions which giving maximum heat transfer and effectiveness values of the PHE are determined as 60o of plate surface angle, 60 oC of hot water inlet temperature, 15 oC of cold water inlet temperature, 0,3 kg/s of flow rate.

Reynolds number of the flow in the PHE and pressure loss are determined as 1556 and 11667 Pa. In addition, exergy loss of the plate heat exchanger used in the system are analyzed.

In addition to the analysis, heat transfer and effectiveness values are estimated depending on the working conditions of the system using the artificial neural networks (ANN). Heat transfer and effectiveness values of the system are calculated for the desired operating conditions with obtained formulas from ANN. Obtained results from ANN and experiments are compared.

Keywords: Plate Heat Exchanger, Plate surface angle, Thermodynamic Analysis.