Mini/mikro kanallarda ısı transferinin ve basınç düşüşünün hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile modellenmesi
Modeling heat transfer and pressure drop in mini/micro channels with computational fluid dynamics (HAD)
Yazar: YALÇIN CESUR
Danışman: DOÇ. DR. BEYTULLAH ERDOĞAN
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD)

Özet:
Bu çalışmada, üç farklı çap ölçüsünde paslanmaz çelik ve Poly Ether Ether Ketone (PEEK) olmak üzere iki farklı malzemeden üretilmiş mini/mikro kanallar beş farklı hacimsel debi değerinde saf su kullanılarak daha önce gerçekleştirilmiş olan deneysel çalışmanın verileri referans alınarak, teorik hesaplamaları gerçekleştirilmiş daha sonra hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) programı ile bilgisayar destekli analizi gerçekleştirilmiştir. Deneysel ve HAD analizleri ile ısı transferi, basınç düşüşü, Nusselt sayısı, ısı taşınım katsayısı incelenmiştir. Gerçekleştirilen deneysel ölçümler ve sayısal analiz sonuçlarına göre, deneysel çalışmada en yüksek ısı transfer değeri 750μm çaplı paslanmaz çelik mini/mikro boruda 40,60 Watt, en yüksek basınç kaybı değeri ise 16,11 bar olarak 400 μm çaplı paslanmaz çelik mini/mikro boruda elde edilmiştir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemiyle gerçekleştirilen analizlere göre en yüksek ısı transfer değerleri laminer akış rejimine göre gerçekleştirilen analiz sonuçlarına göre 32,4 Watt, türbülanslı akış rejimine göre gerçekleştirilen analiz sonuçlarına göre ise 73,88 Watt olarak 400 μm çaplı paslanmaz çelik mini/mikro boruda elde edilmiştir. HAD analizlerine göre en yüksek basınç kaybı değerleri, laminer akış rejimine göre gerçekleştirilen analizler sonucunda 3,59 bar, türbülanslı akış rejimine göre gerçekleştirilen analizler sonucuna göre ise 25,65 bar olarak 400μm çaplı paslanmaz çelik mini/mikro boruda elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, mini/micro channels produced from two different materials, stainless steel and Poly Ether Ether Ketone (PEEK), in three different diameters, were used in five different volumetric flow rates of pure water, and theoretical calculations were made, using the data of the previous experimental study as reference, and then computational fluid dynamics was performed. Computer-aided analysis was carried out with the (HAD) program. Heat transfer, pressure drop, Nusselt number and heat transfer coefficient were examined with experimental and CFD analyses. According to the experimental measurements and numerical analysis results, the highest heat transfer value in the experimental study was obtained as 40,60 Watt in the 750 μm diameter stainless steel mini/micro pipe, and the highest pressure loss value was 16,11 bar in the 400 μm diameter stainless steel mini/micro pipe. According to the analysis carried out with the computational fluid dynamics (CFD) method, the highest heat transfer values were 32,4 Watt according to the analysis results performed according to the laminar flow regime, and 73,88 Watt according to the analysis results carried out according to the turbulent flow regime. was obtained in the pipe. According to CFD analyses, the highest pressure loss values were obtained in the 400 μm diameter stainless steel mini/micro pipe as
3,59 bar as a result of the analyzes performed according to the laminar flow regime and as 25,65 bar as a result of the analyzes performed according to the turbulent flow regime.