Düzenli ve açık gözenekli alüminyum köpük ısı değiştiricisi tasarımı ve termal analizi
Design and thermal analysis of regular and open-cell aluminum foam heat exchanger
Yazar: ABDURRAHİM TEMİZ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA YAŞAR ; DR. LEVENT TURHAN
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Transferi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı değiştiriciler = Heat exchangers

Özet:
Bu çalışmada, DemirDöküm ısı değiştiricisi ve farklı kanat yapılarına sahip kompakt ısı değiştiricilerin termal analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler deneysel, analitik hesaplar ve HAD analizleri olmak üzere üç farklı yöntemle doğrulanmıştır. İlk olarak tasarımı yapılan geometri-3, geometri-10 ve brazing yapılan geometri-10'un deneysel analizleri yapılmıştır. Deney, hava hızı 0,5 m/s ile 10 m/s aralığında farklı hızlarda yapılmıştır. Deney esnasında su sıcaklığı yaklaşık 60 ºC'ye set edilmektedir. Hava giriş sıcaklığı ise yaklaşık 21 ºC'dir. Deneyler her bir hız için 3 kez tekrarlanılarak yapılmıştır. Bu sınır şartları kullanılarak elde edilen analitik hesap sonuçları ve HAD analiz sonuçları deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma neticesinde HAD analiz sonuçlarının deney sonuçları ile uyumlu olduğu görülmüştür. Hesapları yapılan 
ısı değiştirici kanat geometrileri genel kanat geometrilerine uymadığı için Analitik hesap sonuçları ise belli oranlarda deney sonuçları ile uyumludur. Ayrıca deneylerden bağımsız farklı kanat geometrilerine sahip kompakt ısı değiştiricilerin HAD analizleri yapılmıştır. Deneyden bağımsız yapılan bu analizlerde hava hızı 5 m/s'dir. Hava giriş sıcaklığı 293,15 K ve su giriş sıcaklığı ise 333,15 K'dir. HAD analizleri sonucunda, düzenli yapıda metal köpük kanatlara sahip yeni kompakt ısı değiştirici geliştirilmiştir. Bu yeni metal köpük ısı değiştirici ısı transferi bakımından DemirDöküm ısı değiştiricisinden daha iyi özelliklere sahiptir. Üstelik alüminyumdan yapılması maliyet olarak çok daha avantajlı olmasını sağlamaktadır. Fakat bu metal köpük ısı değiştiricinin sürtünme kayıpları (basınç düşümü) oldukça yüksektir. Eğer kullanılacak yerde basınç düşümü önemli ise yeni tasarlanan G-14 (kaydırmalı altıgen kanat yapısına sahip kompakt ısı değiştirici) üzerinde optimizasyon çalışması yaparak daha verimli ısı değiştirici geliştirilebilir.

Abstract:
In this study, thermal analysis of DemirDöküm heat exchanger and compact heat exchangers with different fin types were carried out. The analyzes were verified by three different methods: experimental, analytical calculations and CFD analysis. Firstly, experimental analyzes of geometry-3, geometry-10 and geometry-10 with brazing were carried out. The experimental analyzes were carried out at different speeds, ranging from 0.5 m/s to 10 m/s. The water temperature is set at about 60 ºC, during the experiment. The air inlet temperature is approximately 21 ºC. The experiments were repeated 3 times for each speed. Obtained by using this boundry conditions, the analytical calculation results and CFD analysis results were compared with the experimental results. As a result of comparison, CFD analysis results were 
found to be compatible with the experimental results. The analytical calculation results are partially copatible with the experimental results, as the calculated fin geometries do not comply with the general fin geometries. In addition, CFD analyzes of compact heat exchangers with different fin geometries were carried out independent of the experiments. In these analyzes, being independent of the experiment, the air velocity is 5 m/s. The air inlet temperature is 293,15 K and the water inlet temperature is 333,15 K. As a result of the HAD analysis, a new compact heat exchanger with metal foams in regular construction has been developed. This new metal foam heat exchanger has better properties than the DemirDöküm heat exchanger in terms of heat transfer. Moreover, the material is made of aluminum, making it more effective in terms of cost. But the frictional losses (pressure drop) of this metal foam heat exchanger is very high. 
If the pressure drop is important to be used in the place, a more efficient heat exchanger can be developed by optimizing the newly designed G-14 (compact heat exchanger with sliding hexagonal fin structure).