Borulu tip ısı değiştiricilerinde laminar akışta nümerik olarak ısı geçişi karakteristiklerinin araştırılması
A research on heat transfer characteristics of hairpin heat exchangers in laminar flow numerically
Yazar: ONUR DALLI
Danışman: DOÇ. DR. AHMET SELİM DALKILIÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Enerji kavramı ve enerji kaynaklarının verimliliği günümüzde en önemli araştırma konularından biri olmuştur. Dünyanın devamlı artan enerji ihtiyacına cevap verebilmek için bilim insanları yenilenebilir enerji kaynaklarını çeşitlendirmek ve kullanımını arttırmak adına birçok araştırmalar yapmaktadırlar. Yenilenebilir enerji kaynaklarının en önemlilerinden biri de jeotermal enerjidir ve günümüzde elektrik üretimi, sosyal konut, turizm, ziraat ve endüstri gibi farklı alanlarda kullanılmaktadır. Günümüzdeki teknoloji seviyesiyle jeotermal kaynakların hemen her çeşidinden yararlanılmaktadır. Bu kaynaklar genel olarak eğer 20 °C ile 70 °C arası ise düşük sıcaklık, 70 °C ile 150 °C arası ise orta sıcaklık ve 150 °C'nin üzerinde ise yüksek sıcaklık sahaları olarak bilinmektedir. Bu çalışmada yer altından 135 °C civarında çıkan orta sıcaklıktaki suyun bir çevrimde kullanılıp 80 °C'lere düşürüldükten sonra bu sıcaklıktaki suyun bir ısı değiştiricisinden geçirilerek şebeke suyunun (~20 °C) evin musluklarında kullanılabilir sıcaklıklara (~35 °C)  getirilmesi amaçlanmıştır. Bunun için sonlu elemanlar yöntemini kullanan ANSYS-Fluent programında eş eksenli 10mm ve 20mm çaplı çift borulu U-tipi karşı akışlı bir ısı değiştiricisi tasarımı yapılmıştır. İç borudan 80 °C'daki sıcak su, dış borudan ise 20 °C'deki şebeke suyu geçmektedir. Böylece 20 °C'deki şebeke suyunun 35-36 °C'lere çıkarılarak musluklarda kullanılabilinmesine olanak sağlanmıştır. Simülasyon programından çıkan sonucun doğruluğunu teyit etmek için teorik hesaplamalar yapılmıştır. ANSYS'den hesaplanan nümerik ısı taşınım katsayısı ile literatür araştırmasında bulunan çeşitli Nusselt sayıları kullanılarak hesaplanan teorik ısı taşınım katsayıları karşılaştırılmıştır. Böylece ANSYS programından elde edilen sonucun doğruluğundan emin olunmuştur. Değişken sıcaklıklar için akışkanın hızı ile parametrik çalışma yapılmıştır. Bunlara ek olarak ısı geçiş hızlarını artırmak için boruya kanat eklenmiştir. Ayrıca analizler ve hesaplamalar nano akışan ile tekrar yapılmış ve sonuçlar saf akışkanla karşılaştırılmıştır.

Abstract:
In this study, it is aimed to get the water at this temperature down to 80 °C at a temperature of 135 °C and to bring the water at this temperature through a heat exchanger (~ 20 °C) to the temperatures (~ 35 °C) at the taps of the house. Hot water is supplied from geothermal energy. Therefore, using the finite element method, the design of a coaxial double-pipe U-type counter-flow heat exchanger 10 mm and 20 mm in diameter is applied in the ANSYS-Fluent program. The hot water at 80 ºC is passed through the inner pipe, and the mains water at 20 °C passes through the outer pipe. Thus, the mains water at 20 °C is increased to 35-36 °C and used in taps. In this way, it is envisaged to obtain usable energy by using the energy of wastewater. Theoretical calculations are applied to prove the accuracy of the results of the simulation program. Numerous Nusselt numbers, which are calculated from the literature studies, are compared with the theoretical heat transfer coefficients calculated with the numerical heat transfer coefficient calculated from ANSYS computer package program. Fluid velocity parametric studies are presented at variable temperatures. In addition, fins are added to the pipe to increase heat transfer speeds. Additionally, analyses and calculations are repeated with nano flow and the results are compared with base fluid.