Çukurlu sarmal boru profillerde ısı transferi performansının sayısal incelenmesi
Numerical investigation of heat transfer performances in spiral dimpled pipe profiles
Yazar: ANIL AYKUT
Danışman: PROF. DR. VEYSEL ÖZCEYHAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Isı transferi ve hidrodinamik akış karakteristikleri, yüzeyi girintili spiral boru profillerinde sayısal olarak incelenmiştir. İncelenen çap, boru profil çapı olan D=18 mm olarak sabit bırakılmış, farklı Reynolds sayıları (Re) ile (4000≤Re≤9000) akışkan hızına göre boruların burulma sayısı (n=0.5, 1 ve 2 tur) ve girintili yüzeyler birer parametre olarak alınmıştır. Boru profilinin dış yüzeyine sabit bir ısı akısı uygulanmıştır. Dairesel girintili yapıların incelenen parametreleri girinti çapı (Dd=3, 4 ve 5 mm) ve girintilerin adım uzunluğu (PL=50 mm) olarak alınmıştır. Sonuçlar, Reynolds sayısının (Re) fonksiyonları olarak Nusselt sayısı (Nu), sürtünme faktörü (f) ve performans değerlendirme kriterleri (PEC) açısından değerlendirilmiş ve hesaplanmıştır. Bu çalışma, Ansys FLUENT'in olanaklarından yararlanarak kapsamlı bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) sayısal çalışması gerçekleştirmektedir. Girintili yüzeyler gibi karmaşık geometrilere ve düzensiz şekillere daha iyi uyum sağlamak için bu çalışmada polihedral ağ yapısı tercih edilmiştir. Tüm durumlar için k-ε Realizable türbülans modeli benimsenmiştir. Bu çalışma kapsamında, pürüzsüz boru, spiral boru ve girintili spiral boru geometrileri, biri baz akışkan diğer ikisi nanopartikül eklentili akışkan olmak üzere üç farklı akışkan CFD sayısal çalışmaları ile incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, sarım sayısı veya Re arttıkça düz boruya göre Nu artmaktadır. Sarımlı borularda farklı çapta çukur yüzey eklendiğinde Nu ve sürtünme faktörü arttığı tespit edilmiştir.

Abstract:
Heat transfer and hydrodynamic flow characteristics were numerically investigated in tubes with indented spiral surface profiles. The examined diameter was kept constant at D=18 mm, which is the pipe profile diameter, and different Reynolds numbers (Re) (4000≤Re≤9000) were considered as a parameter based on the fluid velocity. The number of twists in the tubes (n=0.5, 1, and 2 turns) and the indented surfaces were also taken as parameters. A constant heat flux was applied to the outer surface of the tube profile. The examined parameters of the circular indented structures were the dimpled diameter (Dd=3, 4, and 5 mm) and the indentation pitch length (PL=50 mm). The results were evaluated and calculated in terms of the Nusselt number (Nu), friction factor (f), and performance evaluation criteria (PEC) as functions of the Reynolds number (Re). This study carried out a comprehensive Computational Fluid Dynamics (CFD) numerical investigation by utilizing the capabilities of Ansys FLUENT. To better accommodate complex geometries and irregular shapes such as indented surfaces, a polyhedral mesh structure was preferred in this study. For all cases, the k-ε Realizable turbulence model was adopted. In this study, the geometries of smooth tubes, spiral tubes, and indented spiral tubes were examined through CFD simulations using three different fluids, one being the base fluid and the other two being fluids with nanoparticle additives. According to the obtained results, as the number of twists or Re increases, the Nu increases compared to the smooth tube. It was found that when indentations of different diameters were added to the twisted tubes, both the Nu and the friction factor increased.