Ara soğutucu amaçlı kullanılan ısı değiştiricilerin karakteristiklerinin teorik ve deneysel incelenmesi
Theoretical and experimental investigation of heat exchanger characteristics used for intercooler purposes
Yazar: EYÜB CANLI
Danışman: DOÇ. DR. MUAMMER ÖZGÖREN ; YRD. DOÇ. DR. SELÇUK DARICI
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Ara soğutucular = Intercoolers ; Basınç düşmesi = Pressure drop ; Etkinlik = Efficiency ; Isı değiştiriciler = Heat exchangers ; Isı geçişi = Heat transfer

Özet:
İçten yanmalı motorlarda hızla yaygınlaşmakta olan aşırı doldurma sistemlerinin büyük çoğunluğunda ara soğutucu olarak adlandırılan ısı değiştiriciler kullanılmaktadır. Bir aşırı doldurma sisteminde en uygun ara soğutucunun seçilmesi veya tasarlanması, ara soğutucuların çalışma şartlarında ısıl ve hidrolik performansının tespit edilmesine bağlıdır.Bu tez çalışması kapsamında, ara soğutucu olarak kullanılan ısı değiştiricilerin ısıl ve hidrolik performanslarının test edilmesi için bir deney düzeneği tasarlanmış ve imal edilmiştir. Pratikte yaygın olarak kullanılan, çok yakın kompaktlık oranı ve boyutlara sahip, üç farklı tipte kanatçıklı ara soğutucu deneysel olarak incelenmiştir. Deneysel ölçümler sonucunda ara soğutuculara ait etkenlik, ısı transferi, basınç düşüşü gibi performans göstergeleri hesaplanmıştır. Ayrıca ara soğutuculara ait toplam ısı transferi katsayısı, transfer birimi sayısı, ısı taşınım katsayısı, Nusselt sayısı ve Colburn faktörü gibi ısı transferi büyüklükleri hesaplanmıştır. Bu süreçte etkenlik-transfer birimi yönteminden faydalanılmıştır. Elde edilen sonuçlar literatürden seçilen, çalışma aralığına uygun bazı ampirik bağıntıların sonuçları ile karşılaştırılmıştır.Deneysel olarak incelenen ara soğutucular 651-673 kompaktlık oranına sahiptir. Kapasite oranının 0.03 ile 0.16 arasında değiştiği deneylerde en iyi ısıl ve hidrolik performansı panjur kanatlı plakalı ara soğutucu göstermiştir. Deneylerin yapıldığı aralıkta panjur kanatlı plakalı ara soğutucu ile diğer ara soğutucuların soğutma kapasiteleri arasında yaklaşık %30 fark bulunmaktadır. Üç ara soğutucu için dolgu havasında ölçülen basınç düşüşü %5-9 arasında değişmektedir. Basınç düşüşünden kaynaklanan ek pompalama gücünün soğutma kapasitesine oranı hesaplandığında %10-19 ile en az değeri panjur kanatlı plakalı ara soğutucu sağlamıştır. Akışkanlar arasında sıcaklık farkının arttığı ve kapasite oranının azaldığı durum için yassı borulu kanatlı ara soğutucu ile panjur kanatlı plakalı ara soğutucu arasındaki performans farkı azalmaktadır. Literatürden seçilen ampirik ifadelerin sonuçları ile deneysel ölçüm sonuçları arasında %0.3 ile %19 arasında değişen oranlarda farklılıklar bulunmaktadır. En uzak sonucu %19 değeriyle dairesel borulu kanatlı ara soğutucu verirken en yakın sonucu %0.3 ile panjur kanatlı plakalı ara soğutucu vermiştir.

Abstract:
Heat exchangers named intercoolers are used in a huge part of supercharging systems which are rapidly become widespread in internal combustion engines. Selecting or designing the most suitable intercooler for a supercharging system depends on thermal and hydraulic performance determination of intercoolers at their operational conditions.An experimental test setup was designed and constructed for testing thermal and hydraulic performances of heat exchangers used for intercooling purposes in the scope of this dissertation work. Three different types of practically used finned intercoolers which had very similar compactness and sizes were experimentally analyzed. Performance indicators such as effectiveness, heat transfer and pressure drop were calculated at the end of experimental measurements. Also heat transfer indicators such as total heat transfer coefficient, number of transfer units, heat convection coefficient, Nusselt number and Colburn factor of intercoolers were calculated. During this process, effectiveness-number of transfer unit method was used. Obtained data and results were compared with results of empirical equations which were selected from literature and suitable for experimental operation intervals of intercoolers.Experimentally investigated intercoolers had 651-673 compactness values. The best thermal and hydraulic performance was exhibited by louvered fin plate intercooler at the experiments in which capacity rate was changing between 0.03 and 0.16. There are approximately 30% difference between cooling capacities of louvered fin plate intercooler and other intercoolers at the range that experiments were conducted. Measured pressure drop in charge air was changing between 5-9% for three intercoolers. When ratio of additional pumping power arising from pressure drop to cooling capacity was calculated, louvered fin plate intercooler provided the least value with 10-19%. For the situation that temperature difference between fluids was increased and capacity rate was decreased, performance difference between louvered fin plate intercooler and finned flat tube intercooler was decreased. There were differences changing 0.3 to 19% between results of empirical equations selected from literature and experimental results. The closest result was provided by louvered fin plate intercooler while the distant result was provided by finned circular tube intercooler.