Dikdörtgen kesitli bir kanalda kanatlı engel kullanımının ısı transfer karakteristiklerine etkisinin sayısal incelenmesi
Numerical investigation of the effect of finned obstacleon heat transfer characteristics in a rectangularchannel
Yazar: CANER ŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. SELAHADDİN ORHAN AKANSU
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde ısı transferi mühendislik uygulamalarında önemli bir yer ihtiva etmektedir. Endüstride ısı artışları ekipmanlarda fazla ısınmaya neden olarak sistemsel hatalar teşkil etmektedir. Buna benzer aksaklıkların baş göstermemesi için pasif metotlara sıklıkla başvurulmaktadır. Bu çalışmada yüksek verim ve düşük maliyet ile ısı transferi iyileştirmesi sağlayan pasif metotlardan olan kanatçıklar araştırılmıştır. Isı transferini iyileştirmek için kanatçıklı yapılar iyi optimize edilmelidir. Aksi taktirde tasarımcı, ısı transferini geliştirmek yerine, tasarladığı model ile gelen havanın ısınan hava ile karışmasını engelleyip ısı transferi üzerinde tam tersi etki yaratabilmektedir.
Bu çalışmada, literatürdeki çalışmalardan farklı olarak pürüzsüz boru ve 0 derece dikdörtgen kanatçıklı borudan farklı olarak kanatçık geometrisi ve açısı değiştirilerek hilal kanatçıklı boru, 20 derece simetrik deliksiz dikdörtgen kanatçıklı boru, 20 derece asimetrik deliksiz dikdörtgen kanatçıklı boru ve 20 derece simetrik delikli dikdörtgen kanatçıklı boru tasarlanıp altı sıra borunun akış ve ısı transferi karakteristikleri CFD-Fluent Code kullanılarak sayısal olarak incelendi. Bu analizde geometrik parametreler sabit tutularak farklı Reynolds sayılarında bu modeller üzerindeki akış ve ısı transferi özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir.
Sonuçlar, simetrik yapının asimetrik yapıya ve delikli kanatçığın deliksiz kanatçığa göre ısı geçisinin ve sürtünme kaybının daha yüksek olduğunu ama ısıl performans faktörünün her zaman üstün olmadığını göstermiştir. Bundan yola çıkarak ısı aktarabilme potansiyeli en yüksek olan hem simetrik hem de delikli kanatçıklı boru tasarlanıp analiz edildiğide diğer kanatçıklı borulara nazaran daha iyi ısı aktarabildiği analizler neticesinde görülmüştür. Ek olarak, CFD-Fluent Code kullanılarak yapılan bu çalışmada bilinen Reynold sayılarına karşılık Nusselt sayıları (Nu), sürtünme kayıpları (f) ve ısıl performans faktörü () hesaplanıp analiz edilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Kanatçıklı borulu ısı değiştiricileri; Nusselt sayısı; CFD-Fluent; Isıl performans faktörü; Model analizi; Sayısal simülasyon.

Abstract:
Today, heat transfer has an important place in engineering applications. Heat increases in the industry induce overheating, causing system errors. Passive methods are frequently used to avoid such disruptions. In this study, fins which are passive methods which provide heat transfer improvement with high efficiency and low cost were investigated. Finned structures should be well optimized to improve heat transfer. Otherwise, instead of improving the heat transfer, with own design the designer can prevent mixing the incoming air with the heated air and and create the opposite effect on the heat transfer.
In this study, in contrast to previous works that is smooth tube and 0 degree rectangular finned tube, the flow and heat-transfer characteristics of crescent finned tube, 20 degree symmetrical imperforate rectangular finned tube, 20 degree asymmetrical imperforate rectangular finned tube and 20 degree symmetrical perforated rectangular finned tube banks with six rows of tubes were numerically investigated. In this analysis, the geometric parameters were kept constant and their effects on flow and heat transfer properties on these models were investigated in different Reynolds numbers. In this analysis, the geometric parameters were kept constant and their effects on flow and heat transfer properties on these models were investigated in different Reynolds numbers.
The results show that the heat transferability and friction loss of the symmetrical structure is higher than the asymmetric structure and the perforated fin is higher than imperforated fin but the overall performance is not always superior. Therefore, when both symmetrical and perforated finned tubes are designed and analyzed with the highest heat transfer potential, it is seen that it can transfer heat better than other finned tubes.
In addition, in this study using CFD-Fluent Code, Nusselt numbers (Nu), friction losses (f) and performance evaluation criteria (PEC) were calculated and analyzed for the known Reynold numbers.
Keywords: Finned-tube heat exchangers; Nusselt nunber; CFD-Fluent; Performance evaluation criteria; Model analysis; Numerical simulation.