Isı değiştiricisindeki yüzey deseninin ısı transferine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of surface pattern of a heat exchanger on heat transfer
Yazar: ERSİN HAYDARASLAN
Danışman: YRD. DOÇ. RAMAZAN SELVER
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı değiştiriciler = Heat exchangers

Özet:
Dünyadaki enerji kaynaklarının bilinçsiz tüketilmesi, dünyanın dengesini hızla değiştirmektedir. Her gün artan enerji ihtiyacı ve buna bağlı enerji kaynaklarındaki azalma düşünüldüğünde, farklı türlerdeki enerjileri kullanılabilir hale getiren ısı değiştiricilerinde ısı transferinin artırılması büyük önem kazanmaktadır. Bu çalışmada enerji açığının artmaması ve mevcut kaynakların yerinde kullanılmasına yardımcı olmak amacıyla tasarlanan bir ısı değiştiricisi üzerinde sayısal modelleme metoduyla incelemeler yapılmıştır. Bu kapsamda çalışmada düz yüzeyli ısı değiştiricilerine kıyasla, ısı değiştiricisi üzerinde tasarlanan desenin, ısı değiştiricisinin ısıl performansına etkisi incelenmiştir. Ansys Fluent programı ile dikdörtgenler prizması şeklinde iki ısı değiştiricisi modellenmiş ve simüle edilmiştir. Isı değiştiricilerinden birinde bütün yüzeyler düz, diğerinde ise sadece alt ve üst yüzeyinde diyagonal desenler olacak şekilde tasarlanmıştır. Tasarlanan ısı değiştiricisinin yüzeyine eklenen diyagonal desenin akışkanın çıkış sıcaklığına, ısı transfer miktarına, akış hızına, akış alanına ve basınç değişimine etkisi incelenmiştir. Her iki model için farklı kütlesel debilerde altı farklı çözüm yaptırılmıştır. Çözümün sonucunda ısı değiştiricisinden geçen akışkanların çıkış sıcaklıkları kıyaslandığında, desenli ısı değiştiricisinden geçen akışkanın çıkış sıcaklığı incelenen bütün debiler için daha düşük çıkmıştır. Her iki model çeperlerindeki ısı transferi incelendiğinde, desenli ısı değiştiricisinin çeperlerinden olan ısı transfer miktarının desensiz ısı değiştiricisine göre daha fazla olduğu görülmüştür. Isı değiştiricilerinden geçen akışkan hızları kıyaslandığında desenli ısı değiştiricisinin iç çeperlerindeki desenlerden kaynaklanan periyodik ve bölgesel kesit daralmalarından dolayı desenli bölgelerde akış hızının arttığı görülmüştür. Ayrıca desenlerin basınç değişimine etkisi incelendiğinde, diyagonal desenlerden dolayı düz ısı değiştiricisine göre daha fazla basınç kaybı olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
The irresponsible consumption of energy resources in the world is rapidly changing the world's balance. Considering the ever increasing need for energy and the reduction in energy resources associated with it, it becomes important to increase the heat transfer in the heat exchangers making the different types of energy usable. In this study, a numerical modeling method was applied to a heat exchanger designed to help stabilize the energy deficit and to use the existing sources appropriately. In this context, in comparison with flat surface heat exchangers, the effect of the designed pattern on the heat exchanger on thermal performance was investigated. Two heat exchangers were simulated and modeled in the form of rectangular prisms by the Ansys Fluent program. One of the heat exchangers was designed so that all surfaces were flat and the other exchanger contained only diagonal patterns on the top and bottom surfaces. The effect of the diagonal pattern added to the surface of the designed heat exchanger on the outlet temperature, amount of heat transfer, flow rate, flow field and pressure variation of the fluid was investigated. For both models, six different solutions were generated for different mass flow rates. As a result, when the outlet temperatures of the fluids passing through the heat exchanger were compared, the outlet temperature of the fluid passing through the patterned heat exchanger was lower for all the flow rates examined. When heat transfer in both model walls was examined, it was seen that the amount of heat transfer from the walls of the patterned heat exchanger was higher than that of the heat exchanger without patterns. When the fluid velocities passing through the heat exchangers were compared, it was seen that the fluid velocity increased in the patterned regions as a result of the periodic and regional cross section shrinkage due to the patterns in the inner wall of the patterned heat exchanger. In addition, when the effect of the patterns on the pressure change was examined, it was determined that there was more pressure loss in the patterned exchanger than the flat heat exchanger due to diagonal patterns.