Bir minikanal ısı değiştiricide kanal boyutlarının ısıl-hidrolik performansa etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of channel sizes effect to thermohydraulic performance in a minichannel heat exchanger
Yazar: EMİNE MUTLU
Danışman: PROF.DR. BERRİN ERBAY
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
vB R M N KANAL ISI DEĞ ŞT R C DE KANAL BOYUTLARININISIL-H DROL K PERFORMANSA ETK S N N SAYISALOLARAK NCELENMESEM NE MUTLUÖZETMühendislik uygulamalarında, farklı sıcaklıklardaki iki veya daha fazla akışkanarasındaki ısı değişiminin sağlanması, en önemli ve en çok karşılaşılan problemlerdenbirisidir. Isı değiştiricileri, kullanım amaçlarına göre, değişik yapılarda, kapasitelerde,boyutlarda ve tiplerde olabilmektedir. Kompaktlıkları ve mükemmel ısı geçişiperformansları nedeniyle, mikrokanal ve minikanal ısı değiştiricilerinin kullanımı, ticarive bilimsel uygulamalarda giderek artmaktadır.Bu çalışmada, ele alınan minikanal ısı değiştiricinin ısıl-hidrolik performansınıarttırmak için en uygun geometrinin belirlenmesi amacıyla, farklı Reynolds sayılarıylabirlikte en/boy oranının, hidrolik çapın ve kanal sayısının basınç düşüşü ve soğutucuakışkanın çıkış sıcaklığı üzerine etkisi araştırılmıştır. Tek fazlı sıvı akışının ısıl-hidrolikkarakteristiklerinin çalışılması için tipik bir model tercih edilmiştir. Bu modeldeminikanal ünitesi 2 mm yüksekliğinde, 12 mm genişliğinde ve 60 mm uzunluğundaolup, içerisinde çeşitli sayıda dikdörtgen kesitli kanallar yer almaktadır. Akışın sabit ısıakısı sınır şartı altında, üç boyutlu, sürekli ve sıkıştırılamaz olduğu kabul edilmiştir.Kanal malzemesi olarak aluminyum, soğutucu akışkan olarak su tercih edilmiştir. Buçalışma, ticari bir CFD yazılımı olan FLUENT kullanılarak sayısal olarakgerçekleştirildi.Sonuç olarak; kanal sayısındaki artışın; basınç düşüşünde artışa, çıkışsıcaklığında azalmaya ve kanallar arası mesafedeki azalmanın; sıcaklık ve basınçbasamaklarında azalmaya yol açtığı görüldü. En/boy oranı ve hidrolik çap azalırken,basınç düşümünün arttığı bulundu. Her kanal sayısı kendi içinde değerlendirildiğinde,sabit ısı akısı sınır şartı altında, akışkanın çıkış sıcaklığının en/boy oranı ve hidrolik çapküçüldükçe arttığı gözlendi. Hız arttıkça, kanal boyunca basınç düşümünün arttığı veyüksek hızlarda akışkanın çıkış sıcaklığının daha düşük olduğu görüldü.Anahtar Kelimeler: Laminer zorlanmış taşınım, ısı değiştirici, minikanal, dikdörtgen

Abstract:
viNUMERICAL INVESTIGATION OF CHANNEL SIZES? EFFECT TOTHERMOHYDRAULIC PERFORMANCE IN A MINICHANNELHEAT EXCHANGEREM NE MUTLUSUMMARYIn engineering applications, providing heat transfer between two or more fluidsis one of the most important and most encountered problems. Considering using aims,heat exchangers can be in different structures, capacities, sizes and types. Due to thecompactness and excellent heat transfer performance, microchannel and minichannelheat exchangers have gained increasing attention in commercial and scientificapplications.In this study the effect of aspect ratio, hydraulic diameter and number ofchannels by considering different Reynolds numbers, on the pressure drop and the exittemperature of the cooling fluid are investigated in order to find the most appropriatechannel geometry for increasing the thermohydraulic performance of the minichannelheat exchanger. A typical model has been preferred for studying the thermohydrauliccharacteristics of the single phase liquid flow. In this model the minichannel unit has 2mm height, 12 mm width and 60 mm length with multiple internal rectangular passages.The flow has been assumed three dimensional, steady and incompressible under theconstant heat flux boundary conditions. Aluminum is preferred for the channel materialand water as the working fluid. This study is performed numerically by using FLUENTwhich is a commercial CFD code.As a result it has been seen that the increase of number of channels leads toincrease in pressure drop and decrease in outlet temperature and increase in distancebetween channels leads to decrease in gradients of temperature and pressure. It has beenfound that as the aspect ratio and hydraulic diameter decreases, pressure drop yieldsincrease. By considering each number of channels in itself, the outlet temperature of thefluid increases while aspect ratio and hydraulic diameter decreases, under constant heatflux boundary condition. While the velocity of the fluid increases, pressure dropviithrough the channel increases and at high velocities it has seen that fluid?s outlettemperature is lower.Key Words: Laminer forced convection, heat exchanger, minichannel, rectangular