Panjur kanatlı ısı değiştiricilerinin optimizasyonu
Optimization of louvered fin heat exchangers
Yazar: MERVE ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. ALİ PINARBAŞI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Isıtma, soğutma, iklimlendirme, termik santraller ve kimya endüstrisi gibi bir çok mühendislik uygulamasında ısı değiştiricileri kullanımı görülmektedir. Günümüzde enerji verimliliğinin öneminin artması, bir çok alanda kullanılan ısı değiştiricilerinin performanslarının artırılmasını amaçlayan çalışmaları beraberinde getirmiştir. Bu çalışmalar ısı transfer katsayısının düşük olduğu hava tarafında yoğunlaşmıştır. Hava tarafındaki ısı transferinin artması akışkanların sıcaklıkları arasındaki fark, toplam ısı transfer yüzey alanı veya ısı transfer katsayısını artırarak mümkün olmaktadır. Bu tez çalışmasında hava tarafına panjurlu kanat yapıları eklenerek, yüzey alanının artırılması ve sınır tabakanın incelmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla 2B ve 3B modeller oluşturularak HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. 
2B çalışmada kanat adımı Fp=4 mm, panjur açısı β=10ᵒ, 15ᵒ, 20ᵒ, 30ᵒ ve 40ᵒ değerlerinde serbest akım hızı V=1 m/s, 1.75 m/s ve 2.5 m/s için analizler gerçekleştirilmiştir. Bu analizlerin sonucunda β=30ᵒ'ye çıkarıldığında her hız değeri için akış ayrılmaları meydana gelmiş fakat hız arttığında akış ayrılmalarının büyüdüğü gözlenmiştir. Akış ayrılmasının olduğu bölgelerde ısıl art izi oluşmuş, ısı transfer katsayısı azalırken basınç düşümü artmıştır. 
3B çalışmada kanat adımı Fp=2 mm, 3mm ve 6mm, panjur açısı β=20ᵒ, 30ᵒ ve 40ᵒ ile çalışma hızları V=1 m/s, 1.5 m/s ve 2.5 m/s için analizler gerçekleştirilmiştir. Akışın üç boyutlu etkisi ve ısı değiştiricisinde boruların akışı bozma etkisi de dikkate alınmıştır. Kanat adımı arttıkça akışın kanatlar arasında aldığı yolun azaldığı görülmüştür. Reynolds sayısının artması ile birlikte ise ısı taşınım katsayısı ve basınç düşümü değerleri artmıştır.
 
Anahtar Kelimeler: Panjurlu kanat, ısı değiştirici, basınç düşümü, ısı transferi, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD)

Abstract:
It is seen that heat exchangers are used widely applications  such as heating, cooling, air conditioning, thermal power plant and chemical industry. Nowadays increasing importance of energy efficiency brings with studies aiming of improving performance of  heat exchanger which are used in many applications. These studies concentrate on air side which has lower heat transfer coefficient. It is possible to improve of the heat transfer coefficient at the air side with increasing temperature difference between fluids, total heat transfer area or heat transfer coefficient. In this thesis, increasing of heat transfer area and thinning of boundary layer are aimed with adding louvered fin structures at the air side. For this purpose, CFD analyses have been performed with 2D and 3D models.
In 2D study, the analyses were performed with the values of fin pitch Fp=4 mm, louver angle β=10ᵒ, 15ᵒ, 20ᵒ, 30ᵒ and 40ᵒ and free stream velocity V=1 m/s, 1.75 m/s and 2.5 m/s. At the result of analyses,  flow seperations occured for each velocity value when the louver angle reach to β=30ᵒ. Flow seperations increased with increasing of velocity. Where the flow seperations were, thermal wake occured. Therefore, heat transfer coefficient decreased and pressure drop increased. 
In 3D study, the analyses have been performed with the value of fin pitch Fp=2 mm, 3 mm and 6 mm, louver angle β=20ᵒ, 30ᵒ and 40ᵒ  and  operating velocities V=1 m/s, 1.5 m/s ve 2.5 m/s. 3D flow effects and tube effects in the heat exchangers were considered. It was seen that the way taken by the flow was reduced with increasing fin pitch. Heat transfer coefficient and pressure drop values increased with increasing Reynolds number. 

Keywords: Louvered fin, heat exchanger, pressure drop, heat transfer, Computational fluid dynamics (CFD)