Levha tipi türbülatörlerin ısı transferi ve akış karakteristliğinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental analysis of the effect of turbulators produced of different materials on heat gain
Yazar: AMİR GÖLOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. ADEM YILMAZ
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Yenilenebilir Enerji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Basınç dalga makinası = Pressure wave machine ; Isı geçişi katsayısı = Heat transfer coefficient ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Son dönemde teknolojinin hızla ilerlemesi ve gelişmesi, enerji konusunun giderek artan bir öneme sahip olmasına neden olmuştur. Enerjinin üretimi ve verimli bir şekilde kullanılması, fosil yakıtlar ve diğer kaynaklar üzerindeki baskılar göz önüne alındığında son derece kritik hale gelmiştir. Enerji kaynaklarının coğrafi olarak farklı bölgelere dağılımı ve bu bölgelerdeki istikrarsızlık faktörleri, enerji üretimi ve verimli kullanımı açısından daha da önemli hale gelmiştir. Artan enerji maliyetleri, insanları alternatif enerji üretim yöntemlerine yönlendirmiş ve enerji tüketiminde verimlilik artışı sağlama arayışına yöneltmiştir. Sanayi ve konutlarda kullanılan buhar ve sıcak su kazanları gibi sistemlerde, enerji kayıplarının büyük bir kısmı yüksek sıcaklıktaki baca gazının atmosfere atılmasıyla gerçekleşmektedir. Isı transferi için kullanılan ısı değiştiriciler ve eşanjörler, ısıtma-soğutma sistemlerinde ve enerji santrallerinde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Isı değiştiriciler, su, hava ve gaz gibi doğrudan veya dolaylı temaslı olabilen tipleri içermektedir.Bu noktada, farklı türbülatör yöntemleri kullanılarak ısı değiştiricilerinin verimliliği üzerine araştırmalar yapılmaktadır. Türbülatörler, baca gazı aracılığıyla dışarı atılan enerjinin kazan suyuna geri verilmesini sağlar. Duman borularından geçen baca gazının türbülansını artırarak geçiş hızını azaltır ve temas yüzeyini genişleterek, baca gazının taşıdığı ısıyı kazan suyuna aktarır. Günümüzde türbülatörler, bakır, alüminyum, galvaniz ve çelik gibi çeşitli malzemelerden ve kullanım amacına bağlı olarak farklı açılara sahip olarak üretilmektedir.
Bu çalışmada, ısı transfer verimini artırmak amacıyla bakır borular içerisine farklı malzemelerden yapılmış levha ve spiral sac yerleştirilmiştir. Bu sistemde buhar ve hava akışkanları kullanılmıştır. Deneyin yapıldığı sistemde, ısıtılan su alt kısımdaki depoda tutulmuş ve boru aracılığıyla buhar olarak üst kısımda bulunan türbülatöre gönderilmiştir. Hava akış hızını değiştirebilmek için deney sisteminde bir fan kullanılmıştır. Türbülatörlü ve boş borulu deneyler gerçekleştirilmiştir. Galvaniz levha için yapılan hesaplamalarda, 2,5 m/s hızda en yüksek verim %23 olarak elde edilmiştir. Galvaniz spiral levha için yapılan hesaplamalarda ise 2,5 m/s hızda en yüksek verim %27 olarak elde edilmiştir. Paslanmaz çelik levha kullanıldığında ise 3,9 m/s hızda en yüksek verim %22 olarak belirlenmiştir. Paslanmaz çelik spiral levha kullanıldığında da 3,9 m/s hızda en yüksek verim %22 olarak tespit edilmiştir.

Abstract:
The rapid advancement and development of technology in recent times have led to increasing importance of the energy sector. The production and efficient utilization of energy have become critically important considering the pressures on fossil fuels and other resources. The geographical distribution of energy sources and instability factors in these regions have further highlighted the significance of energy production and efficient usage. Rising energy costs have prompted people to turn to alternative energy generation methods and seek improvements in energy efficiency. Systems such as steam and hot water boilers used in industries and residential buildings incur significant energy losses through the expulsion of high-temperature flue gases into the atmosphere. Heat exchangers and heat transfer devices are extensively employed in heating, cooling, and power generation systems to facilitate heat transfer. These heat exchangers include types that enable direct or indirect contact with fluids such as water, air, and gases. Research is currently being conducted on various turbulator methods to enhance the efficiency of heat exchangers. Turbulators facilitate the recovery of energy expelled through flue gases and transfer it back to the boiler water. They increase turbulence in the flue gases passing through the smoke tubes, reduce their flow velocity, and increase the surface area for heat transfer, thus enabling the transfer of heat carried by the flue gases to the boiler water. Turbulators are manufactured using various materials like copper, aluminum, galvanized steel, and are designed with different angles depending on their intended applications.
In this study, to enhance the efficiency of heat transfer, sheets and spiral plates made from different materials were placed inside copper tubes. The system utilized steam and air as the working fluids. In the experimental setup, the heated water was held in a lower tank and sent as steam through the tubes to the turbulator located in the upper part. A fan was employed in the experimental system to adjust the air flow rate. Experiments were conducted with both turbulated and plain tubes. Calculations performed for galvanized sheets yielded the highest efficiency of 23% at a flow velocity of 2,5 m/s. For galvanized spiral plates, the highest efficiency of 27% was obtained at the same flow velocity. When stainless steel sheets were used, the highest efficiency of 22% was determined at a flow velocity of 3,9 m/s. Similarly, using stainless steel spiral plates resulted in the highest efficiency of 22% at a flow velocity of 3,9 m/s.