Jeotermal uygulamalardaki plakalı tip bir ısı değiştiricinin çeşitli plaka kaplamaları için çalışma performansının sayısal incelenmesi
Numerical analysis of operating performance for various plate coatins of a plate type heat exchanger in geothermal applications
Yazar: KUTAY AYDIN
Danışman: DOÇ. DR. ALİ KEÇEBAŞ
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Jeotermal enerji = Geothermal energy

Özet:
Dünya genelinde jeotermal enerji kaynakları üzerindeki çalışmalarda kullanılan makine ve ekipmanlarda, jeotermal kaynak suyunun kimyasal bileşiminden dolayı kirlilik, korozyon, kabuklaşma ve bunlara bağlı olarak ısıl performans kaybı, verim düşüşü, bakım ve işletme maliyetleri gibi sorunlar yaşanmaktadır. Bu sorunların üstesinden gelebilmek için günümüzde halen optimum bir dinamik model geliştirilememiştir. Ancak sayısal ve deneysel çalışmalar devam etmektedir. 

Bu tezin amacı, jeotermal uygulamalarda kullanılan plakalı tip ısı değiştiricilerinde bahsi geçen sorunları çözebilmek için ısı değiştiricinin optimum çalışma şartlarını araştırmaktır. Bu kapsamda, farklı malzemelerle plaka yüzeyi kaplanmış olarak tasarlanan bir plakalı ısı değiştirici, 3 boyutlu olarak bilgisayar destekli modellenmiştir (BDM). Modeller, plaka malzemesi olarak jeotermal uygulamalarda kullanılan AISI 316 paslanmaz çelik plakaların, titanyum, bor, alüminyum ve bakır malzemeleri ile 5, 10, 20 ve 30 mikron kalınlıklarında kaplanmış bir şekilde tasarlanmıştır. Akışkan olarak jeotermal akışkan ve saf su kullanılarak üç farklı kütlesel debi değerinde, modellerin ısıl performansları hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizleriyle sayısal olarak incelenmiştir.

Sonuç olarak aynı kütlesel debi değerinde kaplama kalınlığı arttıkça ısıl performansın hızlanarak arttığı görülmüştür. Bununla birlikte kaplama materyali olarak en iyi ısıl performansa bakır kaplama ile ulaşıldığı tespit edilmiştir. Isı değiştiricinin optimum çalışma şartlarının ise plakalarının 30 mikron kalınlığında bakır kaplanarak, 0,001 kg/s kütlesel akışkan debisi değerinde olduğu anlaşılmıştır.

Abstract:
Various problems were experienced such as crustation, pollution, corrosion due to the chemical composition of geothermal water and according thermal performance loss, efficiency reduction, maintenance and operating costs in the machinery and equipment used on worldwide geothermal energy resources. To overcome these problems, optimized dynamic model could not be developed. But numerical and experimental studies are in progress. 

The aim of this thesis is to investigate the optimum operating conditions of the heat exchanger to solve the aforementioned problems in plate type heat exchangers used in geothermal applications. In this context, a plate heat exchanger designed as a plate coated with different material surfaces is computer aided designed (CAD) in 3D. Models are designed for AISI 316 stainless steel plate, as the plate material used in geothermal applications, coated titanium, boron, aluminum and copper materials at 5, 10, 20 and 30 microns thickness. Thermal performance of materials were examined numerically by using computational fluid dynamics (CFD) analysis, with geothermal fluid and pure water as computational fluid with three different mass flow.

Consequently, it is shown that at the same mass flow rate the thermal performance is increased when the coating thickness is increased. Also, the best thermal performance as a coating material has been found to be reached with a copper coating. It is understood that the optimum operating conditions of the heat exchanger is 30 micron thickness of copper coating on plates under condition of 0,001 kg/s value of the mass fluid flow.