Gövde borulu ısı değiştiricisinde saptırıcı geometrisi ve bazı nanoakışkanların ısı transferine etkisi
The baffle geometry in shell and tube heat exchangers and the effect of some nanofluids on heat transfer
Yazar: HURİ FİRDEVS FURKAN
Danışman: PROF. DR. AHMET KAYA
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: ANSYS = ANSYS ; Gözeneklilik = Porosity

Özet:
Endüstriyel olarak ısıtma, soğutma, enerji tasarrufu gibi birçok uygulama alanı olan ısı değiştiricilerinde ısıl performansı artırmak amacıyla farklı boru şekilleri, kanatlı borular, oluklu borular, ilave boru ekleme, sarmal tel, bükülmüş bantlar, saptırıcılar ve nanoakışkanların kullanılması gibi pek çok çalışma vardır. Bu çalışma kapsamında dört farklı saptırıcı eğim açısının (0, 10, 20, 40) ısıl performansa ve basınç düşümüne etkisi gövde borulu tip ısı değiştiricisinde sayısal olarak araştırılmıştır. Saptırıcı eğim açısının 0 derece olduğu durum için KSÜ Makine Mühendisliği Bölümü Laboratuvarında bulunan ısı değiştiricisi deney düzeneğinde deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmada hem soğuk hem de sıcak akışkan olarak su kullanılmıştır ve 6 farklı hacimsel debide (0.24, 0.29, 0.36, 0.44, 0.52, 0.57) çalışılmıştır. Deneysel çalışma her bir debi değeri için sayısal çalışma ile doğrulanmıştır. Sayısal çalışmalarda ANSYS programı kullanılmış ve türbülans çözücü olarak k epsilon-realizable seçilmiştir. Sayısal analiz sonucuna göre 40 derece eğim açısına sahip saptırıcılı ısı değiştiricisinin Nusselt sayısında %30.6 oranında artış olduğu tespit edilmiştir. Bu eğim açısı için 4 farklı porozite (0, 0.027, 0.061, 0.11) değerinin ısı transferine etkilerine bakılmıştır. Porozite 0.11 değeri için Nusselt sayısı %20.08 artış göstermiştir. Bu porozite değeri için %0.5 hacimsel oranda 3 farklı nanoakışkanın (TiO2, Al2O3, CuO) ısı transferine etkileri incelenmiş, ısıl kapasitesi suya kıyasla en iyi olan nano-akışkanın CuO olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
There are many studies such as the use of different pipe shapes, finned pipes, corrugated pipes, additional pipe insertion, spiral wire, twisted bands, baffles and nanofluids in order to increase the thermal performance in heat exchangers, which have many application areas such as industrial heating, cooling and energy saving. In this study, the effects of four different baffle inclination angles (0, 10, 20, 40) on the thermal performance and pressure drop have been numerically investigated in shell and tube heat exchangers. Experimental studies have been carried out in the heat exchanger experimental setup in the KSU Mechanical Engineering Department Laboratory for the case where the baffle inclination angle was 0 degrees. In the experimental study, water has been used for both cold and hot fluids and 6 different volumetric flow rates (0.24, 0.29, 0.36, 0.44, 0.52, 0.57) have been studied. Experimental study has been verified by numerical study for each flow rate value. In numerical studies, ANSYS program has been used and k epsilon-realizable has been chosen as turbulence solver. According to the results of the numerical analysis, it has been determined that the Nusselt number of the deflector heat exchanger with a tilt angle of 40 degrees increased by 30.6%. For this inclination angle, the effects of 4 different porosity (0, 0.027, 0.061, 0.11) values on heat transfer have been examined. For a porosity value of 0.11, the Nusselt number has increased by 20.08%. For this porosity value, the effects of three different nanofluids (TiO2, Al2O3, CuO) at 0.5% by volume on heat transfer have been investigated, and it has been determined that the nanofluid with the best thermal capacity was CuO.