Hava soğutmalı mini-mikro kanallı kondenserlerde kanat yüksekliği ve adımının performansa etkisinin araştırılması
Investigation of effect of fin height and fin pitch to performance on air cooled mini micro channel condensers
Yazar: SERHAN AKYÜZ
Danışman: PROF. DR. L. BERRİN ERBAY
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı değiştiriciler = Heat exchangers

Özet:
Teknolojinin ilerlemesi ve dünya nüfusunun artışıyla birlikte, enerji ihtiyacı da artmaktadır. Var olan enerji kaynakları ise bilinçsizce kullanılmaktadır. Bu nedenle firmalar, en küçük parçadan en büyüğüne kadar, enerjiyi minimum düzeyde tüketen ürün geliştirmeye ağırlık vermeye başlamıştır.İki veya daha fazla akışkan arasındaki ısı transferi, ısı değiştiricilerle sağlanmaktadır. Kondenserler de içinde yoğuşma olan ısı değiştiricilerdendir. Bu çalışmada, panjurlu kanatlı düz tüplü mini mikro kanallı kondenserin kanat adımı ve yükseklik parametrelerinin ısıl performansa etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Çalışmalar ticari bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yazılımı olan Ansys Fluent 14.0 programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.Sayısal modelleme buzdolabı kondenseri referans alınarak belirlenmiştir. Literatürde benzer çalışmalar olmasına rağmen, bu çalışmadaki değerler bir buzdolabından örnek alınarak yapılmıştır. Ayrıca literatürdeki çalışmaların çoğuna ek olarak, üç boyutlu çalışmalarda tüp bölümü de hesaplamalara dahil edilmiştir. Üç farklı kanat adımı ve beş farklı kanat yüksekliği seçilmiştir. Kanat adımı çözümlemeleri iki; kanat yüksekliği ise üç boyutlu gerçekleştirilmiştir. İki boyutlu çözümler sonucunda kanat adımı 1,5 mm olan geometri en iyi ısıl performansı vermiştir. Havanın çıkış sıcaklığı kesit alanı daraldıkça artmıştır. Bu nedenle üç boyutlu çözümlemelerde kanat adımı 1,5 mm olacak şekilde sabit tutulmuştur. Çözümlerdeki en yüksek Reynolds sayısı 429'dur ve bütün hesaplamalar laminer modelde yapılmıştır. Hava giriş hızı 3,75 m/s, hava giriş sıcaklığı 298 K ve duvar sıcaklığı 314 K olarak çözümler yapılmıştır. Malzemeler ise 300 K'deki özellikler baz alınarak tanımlanmıştır. Geometrilerde, alüminyum yüzeyler hariç duvar sınır koşulu verilmemiş; gerçek çalışma sistemi referans alındığı için simetri ve periyodik sınır koşulları kullanılmıştır.Isıl performans ortalama logaritmik sıcaklık farkının (LMTD) da kullanılmasıyla bulunan Colburn j faktörü ve sürtünme faktörü f hesaplanarak bulunmuştur. Bu sonuçların ardından performans değeri j/f^1/3 bulunarak en iyi sonucu veren model seçilmiştir. İki boyutlu çözümlerde kanat adımının Fp 1,5 mm olarak seçilip, bu sonucun üç boyutlu çözümlere uygulanmasından sonra, kanat yüksekliğinin Fh 8 mm olduğu modelin en iyi sonucu verdiği bulunmuştur. Üç boyutlu modellerde en yüksek hava çıkış sıcaklığı 308,41 K olmuştur. Burada da, iki boyutlu modellerde olduğu gibi sıcaklık artarken ısı geçişi azalmıştır. Çünkü hem iki hem de üç boyutlu modelde kesit artışı ve sabit hava hızı nedeniyle debi artmıştır. Bulunan Colburn j faktörü ve sürtünme faktörü f değerleri, literatürdeki deneysel ve sayısal sonuçlarla kıyaslanmış, yakın değerler elde edildiği görülmüştür.

Abstract:
Energy requirements are rising with improving of technology and increasing of the world's population. Available energy sources are used insensibly. Thus, companies are working on devices that use minimum energy, and it's not matter that device is very small or big.Heat transfer between two or more fluids is provided with heat exchangers. Condensers are heat exchangers and there is a condensation process in it. In this study, effects of fin pitch and fin height of louvered finned flat tube heat exchangers to thermal performance are analyzed numerically. Studies are performed with Ansys Fluent 14.0 that is a commercial computational fluid dynamics (CFD) software.Numerical modeling are determined by referencing refrigerator condensers. Even though similar studies take part in literature, values in this study are based on a refrigerator. Also, additively to most of the studies in literature, tubes are included in three dimensional calculations. Three different fin pitches and five different fin heights are chosen. Fin pitch calculations are performed in two dimensional and fin height calculations are performed three dimentional. The geometry with 1,5 mm fin pitch, has the best thermal performance after two dimensional calculations. Outlet temperature of air is increased, while cross sectional area is decreased. So, fin pitch is keeped constant by 1,5 mm in three dimensional calculations. Maximum Reynolds number is 429 and all calculations are performed laminar model. Inlet velocity of air is 3,75 m/s, inlet temperature is 298 K and wall temperature is 314 K on calculations. Materials are defined by referencing properties at 300 K. Wall boundary conditions aren't defined except alumium surfaces. Symmetry and periodic boundary conditions are used because of the real system had been referances.Thermal performance is found by calculating Colburn j factor and Fanning fricton factor f which are found by using log mean temperature difference (LMTD). After these results, performance factor j/f^1/3 is found and then, the best model is chosen. After choosing 1,5 mm fin Fp pitch on two dimensional calculations and applying to three dimensional calculations, model with 8 mm fin height is found that it has the best results. Maximum outlet temperature of three dimensional models is 308,41 K. While temperature is increasing, heat transfer is decreasing, too. Both two and three dimensional models have increasing cross sectional areas and costant air velocity, so mass flow rate is increasing. Colburn j factor and friction factor f are compared to numerical and experimental results in literature, and similar values are found.