Panel radyatör ısıl gücünün iyileştirilmesi yönünde su kanalı, panel ve konvektörün ayrı ayrı ve birlikte sayısal ve deneysel olarak araştırılması
Numerical and experimental investigation of water channel, panel and convector separately and all together to enhance thermal output of panel radiator
Yazar: TAMER ÇALIŞIR
Danışman: PROF. DR. ŞENOL BAŞKAYA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
En yaygın kullanılan ısıtma sistemleri arasında yer alan panel radyatörlerin ısıl güçlerinin artırılması enerjinin tasarrufunda oldukça önemli bir rol oynayabilir. Bu tez çalışmasında, panel radyatörlerin ısıl güçlerinin iyileştirilmesi ve bununla birlikte kullanılan malzeme miktarının azaltılması hedeflenmiştir. Bu kapsamda sayısal ve deneysel çalışmalar yürütülmüştür. Çalışmada, öncelikle üretimde olan referans bir radyatör için performans ve akış deneyleri ile sayısal analizler gerçekleştirilmiş ve referans radyatörün ısıl gücü ve radyatör etrafında oluşan akış yapısı belirlenmiştir. Sonrasında, konvektörler için yoğun simülasyon çalışmaları yürütülmüş ve farklı konvektör yapılarının radyatör ısıl gücüne etkileri irdelenmiştir. Su kanalları için açıklık oranları değiştirilerek ısıl güce etkileri bulunmaya çalışılmıştır. Konvektör yüksekliğinin ve et kalınlığının artması ile birlikte ısıl gücün arttığı ve bununla birlikte radyatör ağırlığının da arttığı tespit edilmiştir. Ayrıca, konvektör uç kısımlarında yuvarlatma yapılmasının da ısı transferine olumlu etkilerinin olduğu ve buna ilave olarak radyatör ağırlığının azaltılabileceği gözlemlenmiştir. Simülasyon çalışmaları neticesinde konvektör et kalınlığı 0,32 mm ve konvektör yükseklikleri 535 mm ve 560 mm olan iki farklı prototip radyatör üretilmiştir. Konvektör et kalınlığı 0,32 mm ve konvektör yüksekliği 535 mm olan prototipte ısıl gücün referans radyatöre göre 75/65°C giriş/çıkış sıcaklık aralığında %6,2 oranında düşüş gösterdiği gözlemlenmiştir. Bu düşüş oranının 0,32 mm ve 560 mm konvektör et kalınlığı ve konvektör yüksekliğine sahip radyatörde %3,2 oranında olduğu görülmüştür. Bununla birlikte bu prototipte, referans duruma göre 600x1000 mm'lik radyatörde 0,5 kg daha hafif bir tasarım elde edilmiştir. Bu bulgular neticesinde, konvektör et kalınlığı 0,32 mm ve konvektör yüksekliği 560 mm olan radyatör nihai tasarım olmuştur. Tez çalışması kapsamında elde edilen bilgiler sanayide uygulama alanı bulmuş ve konvektör et kalınlığı 0,32 mm ve konvektör yüksekliği 560 mm olan radyatörün seri üretimine başlanmıştır.

Abstract:
Enhancing the heat output of panel radiators, which are one of the most widely used heating systems, could play an important role in energy saving. In this thesis, it was aimed to improve the thermal output of panel radiators and to reduce the used material. In this context, numerical and experimental studies have been carried out. Performance and flow experiments have been carried out for a reference radiator in production, and the heat output and flow structure around the radiator has been determined. Subsequently, extensive simulation studies for convectors have been carried out and the effect of different convector structure on radiator thermal output were investigated. The openness rates for water channels have been changed to investigate the effect on the thermal output. It has been found that with the increase of the convector height and thickness, the thermal output, as well as the weight of the radiator increases. It has also been observed that rounding at the convector tip has positive effect on the heat transfer and in addition the weight could be reduced. As a result of the simulation studies, two different prototype radiators with convector thickness of 0.32 mm and convector heights of 535 mm and 560 mm were produced. It has been observed, that the prototype with convector thickness of 0.32 mm and convector height of 535 showed a decrease of 6.2% in the thermal output for a temperature range of 75/65°C according to the reference radiator. It has been seen that this decrease rate is 3.2% for the radiator with convector thickness of 0.32 mm and convector height of 560 mm. Besides, a 0.5 kg lighter design was obtained for a 600x1000 mm radiator according to the reference radiator. As a result of these findings, the radiator with the convector thickness of 0.32 mm and convector height of 560 mm has become the final design. The obtained knowledge in this thesis has found application area in the industry and mass production of the radiator with the convector thickness of 0.32 mm and convector height of 560 mm has been started.