Isı borusu kullanılan türbülatörlerin ısı transferlerine olan etkisinin deneysel analizi
Experimental analysis of the effect of turbulators using heat pipe on heat transfer
Yazar: HELİN YILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. ADEM YILMAZ
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Yenilenebilir Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Isı enerjisi = Heat energy ; Isıtma enerjisi = Heating energy ; Mekanik enerji = Mechanical energy

Özet:
Günümüzde kullanılan sistemler, enerjiyi daha verimli kullanmak için ısı transfer uygulamalarını kullanır. Isı eşanjörü, ısıyı bir sıvıdan diğerine aktarmak için kullanılan bir cihazdır. Isı eşanjörü genellikle soğutma, ısıtma, enerji santrallerinde ve kimya endüstrisinde kullanılır. Isı değiştiriciler, ısı değiştirici tipine göre direkt temaslı ve direkt olmayan temaslı olmak üzere iki kısımda ele alınmaktadır. Doğrudan sıvı teması olan bir ısı eşanjöründe farklı sıcaklıklarda bulunan akışkanların veya herhangi bir akışkan ve katı malzemeleri doğrudan karıştırır veya temas ettirir. Böyle bir ısı eşanjörüne iyi bir örnek, genellikle endüstriyel prosesler tarafından üretilen ısıyı uzaklaştırmak için kullanılan bir soğutma kulesidir. Doğrudan sıvı teması olmayan bir ısı eşanjöründe ise sıcak akışkan önce iki akışkanı ayıran bir yüzeye veya kütleye yönlendirilir. Bu ısı, bu yüzeylerden veya kütlelerden soğuk akışkana aktarılır.
Yapılan bu çalışma bakır boru içerisinde ısı transferini arttırmak amacıyla, boru içerisinde mil kullanılması amaçlanmıştır. Bakır boru ve ısı borusu tabakalarından yapılan türbülatörler sayesinde ısı transferinin arttırılması sağlanmıştır. Deney sonuçlarına göre, bakır ve ısı borusu ile imal edilen türbülatörlerin etkisi incelenmiştir. 16 farklı hava akış hızlarında ölçülen sistemin giriş-çıkış sıcaklıkları grafiksel olarak gösterilmektedir. Bu farklı hava hızlarında ölçüm yapılmış olup paralel yönde akış sergileyen türbülatörlü ısı borusunun sıcaklık farkının yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Türbülatör kullanılması sıcaklık farkını etkilemiştir. Paralel akışlı türbülatörlü düz boru kullanıldığı durumda sıcaklık farkının en düşük olduğu, zıt akışlı türbülatörlü düz boru kullanıldığı durumda hava hızı 3,1 m/s'den sonra farkta azalmalar gözlenmektedir. Türbülatörsüz boru için değerlere bakıldığında randımansız değişmeler gerçekleşmiş olup hava hızının en üst değerde 1,7 m/s olduğu sıcaklık farkında artış gözlenmektedir. Türbülatörsüz boş boru ile karşılaştırıldığında zıt akışlı türbülatörlü ısı borusu kullanılması durumunda 0,8 m/s hızında %129 oranında, paralel akışlı türbülatörlü ısı borusu kullanılması durumunda aynı hava hızında %62 oranında sıcaklık farkı artışı olduğu hesaplanmıştır. Hava hızı 4,0 m/s olduğu durumda sıcaklık farkındaki verim zıt akışlı türbülatörlü ısı borusunda %170 oranında artış gözlenmiştir. Deney sonuçlarına göre bakırdan imal edilen türbülatörlerin ısıl verimleri, reynolds, basınç, ısı transfer değerleri çizilmiştir.

Abstract:
Systems used today use heat transfer applications to use energy more efficiently. A heat exchanger is a device used to transfer heat from one liquid to another. The heat exchanger is generally used in cooling, heating, power plants and the chemical industry. Heat exchangers are considered in two parts, as direct contact and non-direct contact, according to the type of heat exchanger. It directly mixes or contacts fluids or any fluid and solid materials at different temperatures in a heat exchanger with direct liquid contact. A good example of such a heat exchanger is a cooling tower, which is often used to remove heat produced by industrial processes. In a heat exchanger without direct fluid contact, the hot fluid is first directed to a surface or mass that separates the two fluids. This heat is transferred from these surfaces or masses to the cold fluid.
In this study, it is aimed to use a shaft in the pipe in order to increase the heat transfer in the copper pipe. Thanks to the turbulators, which are intended to be made of copper pipes and heat pipe layers, heat transfer is increased. According to the test results, the effect of the turbulators manufactured with copper and heat pipes was investigated. The inlet-outlet temperatures of the system measured at 16 different air flow rates are shown graphically. Measurements were made at these different air velocities and it was observed that the temperature difference of the heat pipe with turbulator flowing in parallel direction was high. The use of turbulator affected the temperature difference. In the case of parallel flowing straight pipe with turbulator, the temperature difference is the lowest, and when straight pipe with counterflow turbulator is used, the difference is observed to decrease after 3.1 m/s. Considering the values for the pipe without a turbulator, inefficient changes have occurred and an increase is observed in the temperature difference, where the air velocity is 1.7 m/s at the top value. In case of using counter flow heat pipe with turbulator compared to empty pipe without turbulator. It has been calculated that there is a temperature difference increase of 129% at a speed of 0.8 m/s, and 62% at the same air speed in the case of using a heat pipe with a parallel flow turbulator. In the case of air velocity of 4.0 m/s, the efficiency in the temperature difference increased by 170% in the counterflow turbulator heat pipe. According to the test results, the thermal efficiency, reynolds, pressure and heat transfer values of the turbulators made of copper were drawn.