İç içe borulu ısı değiştiricisinde ısı transferinin iyileştirilmesinin nümerik olarak incelenmesi
Numerical investigation of heat transfer enhancement in a heat exchanger
Yazar: NESRİN KAYATAŞ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA İLBAŞ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2003
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Ill İÇ İÇE BORULU ISI DEĞİŞTİRİCİSİNDE ISI TRANSFERİNİN İYİLEŞTİRİLMESİNİN NÜMERİK OLARAK İNCELENMESİ ÖZET Bu tez çalışmasında, iç içe borulu ısı değiştiricisine yerleştirilen kare kanatçığın, üçgen kanatçığın, ters üçgen kanatçığın, girdaplı akışın ve kanatçıksız ısı değiştiricisinin aynı yönlü ve zıt yönlü akış uygulanarak ısı transferine etkisi nümerik olarak incelenmiştir. Modelleme bir CFD programı olan ve sonlu farklar (hacimler) metodunu uygulayan Fluent kullanılarak yapılmıştır. Simülasyon için yukarıda ifade edilen şartlara göre beş değişik model geliştirilmiştir. Isı değiştiricisinin boyu İm, yan çapı ise 0.025m'dir. Isı değiştiricisi alüminyum malzemeden ve bütün modellerde iç borudan sıcak (600 K) hava, dış borudan da soğuk (300K) hava girişi sağlanmaktadır. Isı değiştiricisinin tam silindirik ve simetrik olması nedeniyle, modelleme iki boyutlu ve eksenel-simetrik olarak gerçekleştirilmiştir. CFD modellemesi gerçekleştirilen, iç içe borulu ısı değiştiricisinde; kanatçıksız, kare kanatçıklı, üçgen kanatçıklı, ters üçgen kanatçıklı ve girdaplı akışlar için aynı ve zıt yönlü olarak sıcaklık dağılımları, hız dağılımları, türbülans yoğunlukları ve akım çizgileri detaylı olarak elde edilmiştir. İç ve dış borudan çıkış sıcaklıkları kare kanatçık kullanıldığında iç boruda 476 K'e kadar düşerken dış boruda 410 K'e kadar çıkmaktadır. Girdaplı akış durumunda ise iç borudan ortalama çıkış sıcaklığı 416 K ve dış borudan ortalama çıkış sıcaklığı ise 414 K olmaktadır. Aynı yönlü ve zıt yönlü iç içe borulu ısı değiştiricisinde bütün modeller için ortalama çıkış sıcaklıkları incelendiğinde, maksimum ısı transferinin kare kanatçık kullanıldığında gerçekleştiği görülmektedir. Girdaplı akış kullanılması ısı transferini önemli ölçüde iyileştirmektedir. Girdaplı akıştaIV kanatçıksız ve kanatçıklı modellerde çok az bir fark görülse de, en fazla ısı transferi kanatçık kullanılması durumunda gerçekleşmektedir. Anahtar Kelimeler: Isı değiştiricileri, ısı transferi iyileştirilmesi, kanatçık, girdaplı akış

Abstract:
NUMERICAL INVESTIGATION OF HEAT TRANSFER ENHANCEMENT IN A HEAT EXCHANGER ABSTRACT In this study, numerical modelling of a heat exchanger for five different models and conditions; cylindirical heat exchanger without rib, with square rib, with triangle rib and invers triangle rib, and swirling flow in the exchanger. The effects of flow and different rib types on heat transfer in the heat exchanger are numerically invastigated by using a CFD code Fluent. The heat exchanger has lm lenght and 0.025m radius. It is made of aluminium and for all models the fluid flowing in the exchanger was air; hot air (600 K) in the inner pipe and cold air (300 K) in the outer pipe. As the heat exchanger is cylindirical and axi- symetrical CFD modelling was made two dimensional and axi -symetrical. For all models, detailed temperature distributions, velocity distrubitions, turbulance intensity distrubitions and streamlines are obtained and presented in this thesis. Average outlet temperatures are 476 K for inner tube and 410 K for outer tube. When the swirling flow is used average outlet temperatures are 416 K for inner tube and 414 K for outer tube. When temperature distributions and average outlet temperatures for all models are compared, it is clearly seen that the maximum heat transfer is performed in the square rib used heat exchanger. Using swirling flow in the heat exchanger is dramatically increased the heat transfer in the heat exchanger. Keywords: Heat exchangers, heat transfer enhancement, rib, swirling flow