Sonlu elemanlar yöntemi ile modellenen ısı değiştiricinin tasarım duyarlılık analizi ile optimizasyonu
Optimization of heat exchanger which is modelled with finite element method by using sensitivity analysis
Yazar: CENK ALAYBEYOĞLU
Danışman: DOÇ.DR. ATA MUGAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Katı Cisimlerin Mekaniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Duyarlılık analizi = Sensitivity analysis ; Isı değiştiriciler = Heat exchangers

Özet:
Bu çalısmada ısı değistirici dısında kalan tüm klima komponentler kapsam dısıtutularak ve sadece ısı değistiricinin ısı transferine, malzeme maliyetine ve çalısmafrekansına etki eden faktörler kullanılarak çıktıların optimal noktası bulunmayaçalısılmıstır. Sistem girdileri olarak ısı değistiricide kullanılan boruların çapı, et kalınlığı,malzemesi ile yüzey alanını arttırmak için kullanılan kanatların et kalınlığı, genisliği vesayısı alınmıstır. En küçük özdeğerin ve ısı tasınım miktarının bulunabilmesi için sistemyapısal ve ısısal olmak üzere sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmistir. Isıdeğistiricinin yapısal modelinin katılık matrisi bulunmus ve özdeğerler hesaplanmıstır.Isı değistirici üzerinden geçen ısı yükünü bulmak için her bir elemanın ısı geçis direncibulunarak toplam ısı direnci hesaplanmıstır. Malzeme maliyeti de toplam malzemesarfının birim malzeme fiyatı ile çarpılması ile bulunmustur. Analiz üç ana adımdayapılmıstır. ?lk asamada sistem girdilerinin en yüksek ve en düsük değerleri ile bölümçıktıları hesaplanmıs ve her bir çıktının ideal değerinin farklı girdi kombinasyonlardabulunduğu tespit edilmistir. ?kinci asamada sistem girdilerinin çıktıların üzerinde nasıletkisi olduğunu ya da baska bir deyisle çıktıların değisiminin girdilerin değisimine nekadar duyarlı olduğunu anlamak için duyarlılık analizinden yararlanılmıstır. Sıraylaher bir girdi, diğerleri sabit kalmak sartıyla, %10 arttırılarak çıktılar incelenmistir.Çıktılar normalize edilerek değisim oranları karsılastırılmıstır. Son asamada ise çıktılararasında bir esitlik kurularak çıktıların optimal noktasına karsılık gelen girdilerbulunmustur. Bu analizler çıktılarının hesaplanması için Matlab 'da sonlu elemanprogramı yazılmıstır.Anahtar Kelimeler: Isı Değistirici, Sonlu Elemanlar, Duyarlılık Analizi

Abstract:
All of the air conditioning unit components except heat exchanger are not taken in scopeof this study. Only using heat exchanger?s parameters that have effects on heat transfer,material cost and working frequency, optimum parameters are tried to find out. Heatexchanger pipe diameter, wall thickness, material and fin thickness, width, quantity aretaken as system inputs. To find the eigenvalues and heat transfer, structural andthermal models are formed by using Finite Element Method. The stiffness matrix ofstructural system is calculated and eigenvalues are obtained. By summing all elementheat thermal resistances, total heat resistance is calculated. To obtain the total amountof material cost, unit price of material is multiplied by total weight of the material. Theanalysis is completed in three main steps. In the first step, by using the largest and thesmallest inputs, outputs are calculated. When the results are examined, it is seen thatoptimum values of each output has different input combinations. In the second step, tosee the effects of inputs on the outputs or how sensitive outputs in response to inputs,Sensitivity Analysis is used. After each input are increased 10 percent while other inputsare constant, the results and variations after normalization are compared. Finally in thelast step, optimum result of input combination is determined. Finite element programwas written to calculate the outputs in Matlab.Keywords: Heat Exchanger, Finite Elements, Sensitivity Analysis