Dalgalı iç borulu bir ısı değiştiricisinde ısı transferi ve akış karakteristiklerinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of heat transfer and flow characteristics in a heat exchanger with wave inner pipe
Yazar: CEREN HASGÜL
Danışman: DOÇ. DR. GÜLŞAH ÇAKMAK
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı değiştiriciler = Heat exchangers ; Isı transferi =

Özet:
Bu çalışmada, konsantrik tip ( iç içe borulu ) bir ısı değiştiricide "dalgalı iç boru" kullanılarak, tasarımın ısı transferine etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Tasarımda ısı transferini arttırma tekniklerinden pasif yöntemlerden biri kullanılarak, iç içe borulu bir ısı değiştirici içerisindeki boru boyunca akışkana türbülans etkisi verebilmek amacı ile dalgalı boru kullanılmıştır. Çalışmada "sonlu hacimler metodu" 'na dayalı bir bilgisayar yazılımı olan ANSYS Fluent kod programı kullanılarak yerel türbülans akışlı ısı değiştiricinin sayısal analizi yapılmıştır. Yapılan analizler türbülanslı akış şartlarında, sürekli rejimde ve 3 boyutlu olarak zıt ve paralel akış için ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir. Çalışma 2700 ile 5300 arasında değişen Reynolds sayılarında incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda sıcaklık, basınç, hız dağılımları ve akış çizgileri elde edilmiş ve yorumlanmıştır.
Elde edilen sonuçlar aynı şartlar altında gerçekleştirilen deneysel veriler ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda sayısal analizden elde edilen sonuçlar ile deneysel sonuçların birbiri ile uyumlu olduğu görüldükten sonra iç borunun dalga sayısı artırılarak ANSYS Fluent kod programı ile analizleri yapılmıştır.
Yapılan analizler sonucunda elde edilen veriler değerlendirildiğinde, en fazla ısı transferinin zıt akış şartlarında ve en çok dalga sayısına sahip olan 16 dalgalı borulu ısı değiştiriciden elde edildiği görülmüştür. Isı transferinde ki artış boş boruya kıyasla %270 oranında artmıştır.

Abstract:
In this study, the effect of design on heat transfer was investigated numerically by using "wavy inner tube" in a concentric type (nested tube) heat exchanger. In the design, using one of the passive methods, one of the techniques to increase the heat transfer, a wavy pipe was used in order to give turbulence effect to the fluid along the pipe in a nested pipe heat exchanger. In the study, numerical analysis of the local turbulent flow heat exchanger was made using the ANSYS Fluent code program, which is a computer software based on the "finite volume method". The analyzes were carried out separately for counter and parallel flow in turbulent flow conditions, in steady regime and in 3D. The study was examined at Reynolds numbers ranging from 2700 to 5300. As a result of the analysis, temperature, pressure, velocity distributions and flow lines were obtained and interpreted.
The obtained results were compared with the experimental data performed under the same conditions. As a result of this comparison, after it was seen that the results obtained from the numerical analysis and the experimental results were compatible with each other, the wave number of the inner tube was increased and analyzed with the ANSYS Fluent code program.
When the data obtained as a result of the analyzes were evaluated, it was seen that the highest heat transfer was obtained from the 16 wave tube heat exchanger, which has the highest number of waves and under counter flow conditions. The increase in heat transfer increased by 270% compared to the empty pipe.