Hidrodinamik gelişmiş boru içi akışta kanatların ısı geçişi ve basınç düşüşüne etkisinin sayısal olarak belirlenmesi
Numerical investigation of the effect of fins on heat transfer and pressure drop in hydrodynamic developed in pipe flow
Yazar: ALİ KÖSE
Danışman: PROF. DR. SEBİHA YILDIZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Basınç düşmesi = Pressure drop ; Borular = Pipes ; Isı geçişi = Heat transfer ; Termal performans = Thermal performance

Özet:
Soğutma, iklimlendirme, kimyasal proses, otomobil sektörü gibi alanlarda yaygın olarak kullanılan ısı değiştiricilerin ısıl performanslarının artırılması enerji kaynaklarının verimli kullanılması için önemlidir. Bu bağlamda yola çıkıldığında ısı değiştiricilerde ısıl performansı artıracak kanat çeşitlerinin kullanılması yüksek önem taşımaktadır. 
Boru içi akışta boru çapı, akışkan hızı, akışkan özelliklerinin yanı sıra kanat geometrisi, kanat aralığı ve kanat uzunluğu gibi parametrelerin de ısı geçişine ve basınç düşümüne etkisi araştırılırken, ısı geçişini artırmak ve basınç düşümünü azaltmak amaçlanmıştır.
Bu çalışmada 26,9 mm çapında boruda su ile çalışmak tercih edilmiştir. Test borusu yüzeyinde 70°C'de sabit sıcaklık ve hidrodinamik gelişmiş akış şartları kullanılmıştır. Kanat aralığı parametresini çalışmak için P/D=5,58, 11,15 ve 16,73 olmak üzere üç farklı durum, kanat uzunluğu parametresini çalışmak için P/h=15, 7,5, 5, 3,75 ve 3 olmak üzere beş farklı kanat yüksekliği belirlenerek ANSYS Fluent yardımıyla parametrik sayısal hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Dikdörtgen, üçgen ve uç kısmı yuvarlatılmış dikdörtgen kesit kanat çeşitleri tercih edilerek farklı kanat geometrilerinin ısıl performans etkisini araştırmak üzere çalışmalar yapılmıştır. Kullanılan Fluent programı yardımıyla test borusunda kanatlı boru yüzeyinden akışkana gerçekleşen ısı transferi hesaplanmıştır. Ayrıca test borusu çıkışındaki sıcaklık ve giriş ve çıkışı arasındaki basınç farkları da hesaplanmıştır. Isı transferi ve cıkış sıcaklığından Nusselt sayısı değerleri, basınç farkından ise sürtünme faktörü değerleri hesaplanmıştır. Yapılan analizler sonucuna farklı kanat aralığı parametresi incelendiğinde P/D=5,58, farklı kanat uzunluğu parametresi incelendiğinde P/h=15 ve farklı kanat tipleri incelendiğinde ise ucu yuvarlatılmış kanat durumlarının ısıl performans değerlerinin daha fazla olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
Increasing the thermal performance of heat exchangers, which are widely used in areas such as refrigeration, air conditioning, chemical processing, and the automobile industry, is important for the efficient use of energy resources. In this context, it is of great importance to use fin types that will increase thermal performance in heat exchangers.
While investigating the effects of parameters such as pipe diameter, fluid velocity, fluid properties as well as fin geometry, fin spacing and fin length on heat transfer and pressure drop in in-pipe flow, it is aimed to increase heat transfer and reduce pressure drop. 
In this study, it was preferred to work with water in a pipe with a diameter of 26.9 mm. Constant temperature at 70°C on the test tube surface and hydrodynamically developed flow conditions were used. 
Three different states P/D=5.58, 11.15 and 16.73 to study the fin spacing parameter, five different states P/h=15, 7.5, 5, 3.75 and 3 to study the fin length parameter were determined and parametric numerical calculations were carried out with the help of ANSYS Fluent. Rectangular, rectangular fin with rounded tip and triangular fin types were preferred and studies were carried out to investigate the thermal performance effect of different fin geometries. With the help of the Fluent program used, the heat transfer from the finned tube surface to the fluid in the test tube was calculated. In addition, the temperature at the test tube outlet and the pressure differences between the inlet and outlet were also calculated. Nusselt number values were calculated from the heat transfer and exit temperature, and friction factor values were calculated from the pressure difference. As a result of the analysis, it was observed that P/D=5.58 when the different fin spacing parameter was examined, P/h=15 when the different fin length parameter was examined, and when the different fin types were examined, the thermal performance values of the rectangular fin with rounded tip cases were higher.