Kombi ısı değiştiricilerinin optimizasyonu
Optimization of combi boiler heat exchangers
Yazar: TAHA ARDA KESER
Danışman: PROF. DR. ŞEVKET ÖZGÜR ATAYILMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı değiştiriciler = Heat exchangers ; Isı geçişi = Heat transfer ; Kombi = Combi ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic

Özet:
Bireysel ısıtma sistemlerinde yaygın bir kullanımı olan kombilerde ana ısı değiştiricilerinin tasarımı kombilerin ısıl verimi, baca gazı sıcaklığı, çevresel parçaların yerleşimi ve ürünün servis edilebilirliği hususları için oldukça önemlidir. Kombilerdeki ısı değiştiricilerinin tasarımında en önemli etmenlerden biri de imalat metodunu etkileyen malzeme seçimidir. Bu tez çalışmasında kum kalıba döküm yoluyla AlSi10Mg malzemesi kullanılarak imal edilen bir yoğuşmalı kombi ısı değiştiricisi deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda ürün standardında belirtilen test koşullarına uygun olarak tez kapsamında incelenmiş olan ısı değiştiricisinin kullanıldığı bir kombinin anma giriş gücü, anma çıkış gücü, faydalı verimi, baca gazı sıcaklığı ve emisyon ölçüm testleri 1.26 hava fazlalık katsayısı koşulunda yapılmıştır. Ayrıca ısı değiştiricisinin hava ve su tarafındaki basınç kayıpları ve ısı değiştiricisinin 80°C/60°C su sıcaklık rejiminde çalışması halindeki yüzey sıcaklıkları ölçülmüştür. Deneysel veriler referans alınarak sayısal çalışmaların başlangıç koşullarında kullanılacak değerler analitik olarak hesaplanmıştır. Sayısal analiz kısmında ise toplam yüksekliği ve ürün standardının belirlediği kriterlere uygun olarak et kalınlığı azaltılacak şekilde daha düşük ağırlıkta alternatif bir ısı değiştiricisi tasarımı üzerine çalışma yapılmıştır. 

Tez çalışması sonucunda referans model için oluşturulan sayısal modelin deneysel sonuçlarla uyumlu olduğu görülmüştür. Bilgisayar ortamında tasarlanmış olan ve et kalınlığı ile toplam yüksekliğinin azaltılması yoluyla elde edilen daha düşük ağırlığa sahip diğer ısı değiştiricileri arasından mevcut ısı değiştiricisine alternatif olabilecek tasarımın 0.5 mm daha az et kalınlığına ve 26 mm daha az toplam yüksekliğe sahip olmasının uygun olacağı sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Combi boilers have widespread utilization for individual heating systems. Designing main heat exchanger has importance to obtain target values for useful efficiency and flue gas temperature, to specify assembly methods and positioning of surrounding components and to create product serviceability route. One of the most important criteria on the main heat exchanger design is material selection which also effects on manufacturing method. In this thesis, a heat exchanger that has AlSi10Mg material that is manufactured by using sand casting method was examined experimentally and numerically. In experimental steps, environmental conditions were created with reference to product standard. Nominal heat input, nominal heat output, useful efficiency, flue gas temperature and emission tests of boiler were performed at 1.26 excess air ratio. Besides pressure drop through air and water paths and temperature values on surface of heat exchanger at 80°C/60°C water temperature regime were measured. Reference to experimental results, initial condition parameters were obtained by analytical calculations. For numerical analysis, alternative heat exchanger designs were examined. Heat exchangers designed in computational ground have different wall thickness that has defined limits in product standard and different total height compared to reference one. 

Results of numerical analysis for reference heat exchanger are compatible with experimental results. It is concluded that alternative heat exchanger having 0.5 mm less thickness and 26 mm less total height is suitable one compared to examined other alternatives.