Plakalı ısı değiştiricilerin deneysel ve sayısal analizi
Experimental and numerical analysis of plate heat exchangers
Yazar: ATAOLLAH KHANLARI
Danışman: PROF. DR. ADNAN SÖZEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Plakalı ısı değiştiriciler, boyutlarının küçük, verimlerinin yüksek olması nedeniyle birçok endüstri sektöründe kullanılmaktadır. Plakalı ısı değiştiricilerde ısı transferini iyileştirmek için, çalışma akışkanı olarak nanoakışkanlar kullanılmaktadır. Bu çalışmada çalışma akışkanı olarak TiO2/su ve Kaolen/su nanoakışkanları kullanılarak plakalı ısı değiştiricinin performans analizleri deneysel ve sayısal olarak araştırılmıştır. Hazarlanan deney seti üzerinde ısı değiştiricisi performansının eldesi için farklı çalışma parametrelerinde deneyler yapılmıştır. Ek olarak ANSYS Fluent 16 programı yardımıyla plakalı ısı değiştiricide ısı transfer karakteristiği analiz edilmiştir. Isı transferindeki iyileşmeyi karşılaştırılmalı olarak göstermek için deneyler saf su, TiO2/su ve Kaolen/su nanoakışkanları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deneylerde ağırlıkça %2 TiO2 ve Kaolen nanoakışkanların dezavantajı olan topaklaşma ve çökelmeyi önlemek için %0,2 oranında yüzey aktifleştirici Triton X-100 kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre her iki nanoakışkan saf suya göre ısı değiştiricinin performansını arttırmıştır ancak Kaolen/su nanoakışkanında TiO2/su nanoakışkanına göre daha yüksek ısıl performans elde edilmiştir. TiO2/su ve Kaolen/su nanoakışkanlarının kullanımı sırasıyla ısı transferinde %12 ve %18 oranında iyileşmeye neden olmuştur. Sayısal ve deneysel sonuçlar birbirleriyle uyum içerisindedir.

Abstract:
The plate heat exchangers with high efficiency and small size, are used widely in different sectors of industry. To enhance the heat transfer in plate heat exchangers, nanofluids can be utilized as working fluid. In this study, performance analysis of the plate heat exchanger using TiO2/deionized water and Kaolin/deionized water nanofluids as working fluids were conducted experimentally and numerically. The experiments have been conducted in different working condition with in the manufactured experimental setup. Also, heat transfer characteristics in the plate heat exchanger has been analyzed by using the ANSYS Fluent 16 software. In order to illustrate the enhancement rate of heat transfer, the experiments were conducted by using pure water, TiO2/water and Kaolin/water nanofluids. The TiO2/deionized water and Kaolin/deionized water nanofluids which were used as working fluid in the experiments has 2% (wt/wt) nanoparticle content. Also, Triton X-100 surface active agent was added to the prepared mixture as 0.2% to prevent agglomeration and sedimentation of nanoparticles. The obtained results showed that both nanofluid enhanced performance of heat exchanger in comparison to the deionized water but Kaolin/deionized water nanofluid had higher thermal performance than TiO2/deionized water. The increment in the heat transfer rate using TiO2/deionized water and Kaolin/deionized water was 12% and 18% respectively. Theoretical and experimental results are in good agreement with each other.