Plakalı ısı değiştiricilerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemiyle performans değerlerinin incelenerek optimizasyonu ve yüksek verimli plaka tasarımı
Analyzing performance values and optimization of plate heat exchangers with finite element method and designing high efficiency plate of plate heat exchanger
Yazar: MURAT ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. HAKAN SERHAD SOYHAN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, ısıtma-soğutma sektöründe kullanılan 3 farklı tipte plakalı tip ısı değiştirici temel alınarak performans iyileştirme çalışmaları yapılmış 3 farklı tip özgün tasarımlı ısı değiştirici plakası tasarımı ve üretimi yapılmıştır. Tasarım çalışmaları ticari bir unsur tabanlı modelleme programında yapılmıştır. Analiz çalışmaları ise Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği tekniği kullanan bir ticari program ile yapılmıştır. Öncelikle 3 farklı tipte standart tip ısı değiştirici plakası lazer tarama yöntemiyle taranmış parametrik olarak modellenmiştir. Modellenen ısı değiştirici plakaları Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği tekniğiyle termal ve hidrolik açıdan incelenmiş çalışma koşulları tespit edilmiştir. Ardından bu plakalar üzerinde optimizasyon çalışmaları yapılarak 3 farklı tipte özgün plaka tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan plakalar Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği tekniğiyle termal ve hidrolik açıdan incelenmiştir. İki farklı tipteki plakalarda geliştirilen test düzeneği ile deneysel olarak incelenmiştir. Ayrıca özgün plakaların üretiminin yapılabilmesi için sonlu elemanlar yöntemiyle statik analizleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlarla standart ve özgün plakalar termal ve hidrolik özellikleri geliştirilen test düzeneği ile incelenmiştir. Tip-1 için farklı çalışma koşullarına göre %5-10 arasında termal verimi, %4-12 arasında ise hidrolik verimi arttırılmıştır. Tip-2 için farklı çalışma koşullarına göre %4-14 arasında termal verimi, %3-9 arasında ise hidrolik verimi arttırılmıştır. Tip-3 için farklı çalışma koşullarına göre %6-9 arasında termal verimi, %4-8 arasında ise hidrolik verimi arttırılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Plakalı ısı değiştirici, eşanjör, hesaplamalı akışkanlar mekaniği, ısı aktarımı, basınç kaybı, termal verim

Abstract:
In this study, performance improvement studies were made based on 3 different types of plate type heat exchangers used in the heating-cooling sector, and 3 different types of original design heat exchanger plates were designed and produced. Design studies were carried out in a commercial feature-based modeling program. Analysis studies were carried out with a commercial program using Computational Fluid Dynamics technique. First of all, 3 different types of standard type heat exchanger plates were scanned by laser scanning method and modeled parametrically. The modeled heat exchanger plates were examined thermally and hydraulically with the Computational Fluid Dynamics technique and operating conditions were determined. Then, optimization studies were carried out on these plates and 3 different types of original plate designs were made. The novel plates were examined thermally and hydraulically using the Computational Fluid Dynamics technique. It was investigated experimentally with the test setup developed on two different types of plates. In addition, static analysis was carried out with finite element method in order to produce original plates. With the results obtained, standard and novel plates were examined with a test setup whose thermal and hydraulic properties were developed. For Type-1, thermal efficiency is increased between 5-10% and hydraulic efficiency between 4-12% according to different operating conditions. For Type-2, thermal efficiency is increased between 4-14% and hydraulic efficiency between 3-9% according to
different operating conditions. For Type-3, thermal efficiency is increased between 6-9% and hydraulic efficiency between 4-8% according to different operating conditions.

Keywords: Plate heat exchanger, heat exchanger, computational fluid dynamics, heat transfer, pressure drop, thermal efficiency