Dönel helisel iç borulu ısı değiştiricilerinde ısı transferi ve basınç kaybının analizi
Analysis of heat transfer and pressure loss in heat exchangers with both helical and rotational inner pipe
Yazar: TARKAN KOCA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. AYDIN ÇITLAK
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı değiştiriciler = Heat exchangers ; Isı geçişi = Heat transfer ; Türbülanslı akış = Turbulent flow

Özet:
Bu çalışmada, helis sayısı farklı olan helisel borularda ısı transferini artırmak için, helisel boruların döndürülmesi deneysel olarak ele alınmıştır. Dönen helisel borulardaki ısı transferini ve oluşan basınç kayıplarını belirlemek için deney seti kurulmuştur. Isı transferi ve basınç kayıpları farklı kapasite oranlarında, farklı debilerde ve farklı dönme sayılarında hesaplanmıştır. Her tip boru için yapılan bu deneylerde akış türbülanslıdır. Hem iç boru için hem de iç boru ile dış boru arasındaki anular aralıklar için hesaplamalar yapılmıştır. Bütün deney sonuçları birbirleriyle karşılaştırılarak en iyi sonuç elde edilmeye çalışılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre Nusselt sayısı, basınç kaybı miktarı, ısı değiştirgecinin etkinlik değeri bulunmuş ve Reynolds sayısına göre grafikleri çizilmiştir. Ayrıca her tip boru için ampirik formüller elde edilmiştir. Yapılan deney sonuçlarına göre en iyi ısı transferi beş helisli boruda ve bu boru 300 dev/dak hızla dönerken elde edilmiştir. Beş helisli boru dakikada 300 devirle dönerken dönmeyen düz boruya göre ısı transferi %211,63 basınç kaybı da 156,50 artmıştır. Helisel borularda ısı transferi düz boruya oranla daha iyi olmakta fakat hem dönmenin etkisiyle hem de heliselliğin etkisiyle basınç kayıplarında artı?lar olmaktadır. Ancak bu kayıp ısı transferi kazancına göre önemsenmeyecek miktardadır.Anahtar Kelimeler: Isı transferi, ısı değiştirgeçleri, dönen helisel borular içerisinden akış, türbülanslı akış, ikincil akışlar

Abstract:
In this study, to increase heat transfer in helical pipes which have different number of helices, rotation of helical pipes was investigated experimentally. An experimental set up was established to determine heat transfer and pressure loss in rotational helical pipes. Heat transfer and pressure loss were calculated with different rates of capacity, different flow rates and different number of rotations. In these experiments, which were done for every kind of pipe, the flow was turbulent. The calculations were performed for both internal pipe and the annular spaces between internal pipe and external pipe. All experiment results were compared with each other to get the best results. Nusselt numbers, pressure losses and effectives values of exchangers were obtained depending on experimental results and the results were plotted according to various Reynolds numbers. Besides, empirical formulas were derived for every kind of pipe. According to results of experiments, the best heat transfer was obtained in the pipe with five helices with rotating at 300 rpm. When the pipe with five helices was rotating with 300 rpm, heat transfer increased 211,63% and pressure loss increased 156,50% compared to straight pipe. Heat transfer is better in helical pipes compared to straight pipes, but pressure loss also increases with the effects of rotation and helices. However, this loss can be ignored due to the fact that it is very small compared to gaining of heat transfer. Keywords: Heat transfer, heat exchangers, flow in rotational helical pipes, turbulent flow, secondary flows