Boru kovan tipi ısı değiştiricilerinin simülasyon yoluyla ekserjetik analizi
Exergetic analysis of shell and tube heat exchangers by simulation
Yazar: MEHMET UTKU BADAK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SUHA ORÇUN MERT
Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışma Comsol Multiphysics simülasyon programı kullanılarak modellenmiş çeşitli 1-2 boru kovan ısı değiştiricilerin ekserjetik analizi ve performans incelemelerini kapsamaktadır. Tasarım aşamasından önce, yoğun enerjili sistemlere simülasyon uygulanması büyük önem taşımaktadır, çünkü uygulanacak simülasyon mühendislere prosesi inşa ve deneme aşamasından önce, enerji kaybını önleme ve verimliliğini artırma imkanı sağlar. Modelleme ve analiz işlemi, detaylı hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve çoklu fizik içeren ısıl sistemlerin daha iyi performans göstermeleri için gerekli olduğundan, giriş akış hızlarını ve sıvıların sıcaklıkları, şaşırtıcı sayısı, et kalınlığı, boru sayısı, uzunluğu ve dizilimini içeren bir parametrik çalışma uygulanmıştır. Akışkan olarak su ve hekzan seçilmiştir. Her bir durumun sıcaklık, ekserji yıkımı ve verim sonuçları için ince örgülü yapıda yapılmasına karar verilmiştir. Elde edilen sonuçlar sistem performansının ve veriminin çalışma parametrelerine ne derece bağlı olduğunu kanıtlamıştır. Bu çalışmada, diğer çalışmalardan farklı olarak mühendislik uygulamalarının en önemli ve en çok karşılaşılan işlemlerinden birisi olan farklı sıcaklıklardaki iki veya daha fazla akışkan arasındaki ısı aktarımını sağlayan boru kovan tipi ısı değiştiricilerinin Comsol Multiphysics programı kullanılarak modellenmesi ve simülasyon çalışmalarının ekserjetik analize entegre olarak yapılması ilk olma özelliği taşıyarak literatüre katkı sağlayacaktır. Yapılan çalışma sonrası elde edilen sonuçların yorumlanmasıyla, tasarım aşamasında boru kovan tipi ısı değiştiricilerde enerjinin verimli kullanılması için yapılan parametrik inceleme sonuca bağlanmıştır

Abstract:
The scope of this work is to apply exergetic analysis and performance investigation of 1-2 shell and tube heat exchanger using Comsol Multiphysics simulation program. Applying simulation to energy intensive systems has great importance before the design phase as it gives the engineers the possibility to avoid energy loss and increase efficiency before constructing the device and experimenting it. Since the modelling and analysis is essential for better performance in thermal systems by including detailed computational fluid dynamics and multiphysics a broad parametric study is applied considering the operating parameters of inlet flow rates and temperatures of the fluids, baffles, thickness, tube numbers, diameter, length and arrangements. Hexane and water are selected as fluids of investigation. The evaluation of the model depends on the finite element method and necessary meshing and simulation characteristics are chosen accordingly. The detailed parametrical investigation depending on the simulation of each case is concluded by an exergy analysis and efficiency. The results proves us that the efficiency and performance of the system greatly depends on the operating parameters and exergy analysis is crucial for sake of minimization of exergy destruction. Differing from previous studies on heat exchangers, in this study a comprehensive exergetic analysis and performance assessment of 1-2 shell and tube heat exchanger is accomplished. The operating parameters such as flow rates and temperatures of the streams, baffles, thickness, tube numbers, diameter, length and arrangements are taken as investigation parameters. The selected case heat exchanger is investigated using a simulation program based on a CFD and FEM analysis in a Multyphysics structure. The parametric analysis in the design phase for efficiently usage of energy in shell and tube heat exchanger has been described with interpretation of results obtained after the study.