Nanoakışkanlı çift borulu ısı değiştiricilerin optimizasyonu
Optimization of the double pipe heat exchangers having nanofluid
Yazar: GÜVEN ÖZÇELİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET SELİM DALKILIÇ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ YILMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Isı değiştiricisi borularının çapları, akış karakteristikleri, yatırım maliyeti, işletme
maliyeti ve toplam maliyet üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. Kanat boyutlarının halka
tarafı hidrolik çapını etkileyeceği de iyi bilinen bir durumdur. Her iki tasarımın aynı
hacmi kapladığı durumda tasarıma kanatların eklenmesi ısı transfer alanını ve böylece
ısıl yükü sade tasarıma göre artırmaktadır. Boruların kanat boyutlarının
hesaplanmasında verilen akış debisinde ve ısı değiştiricisi boyutlarında özel önem
verilmelidir.
Bu tez kapsamında, mevcut ısı değiştiricisi için uygun kanat boyutlarının belirlenmesi,
maliyet analizlerini içeren en uygun çalışma şartları üretime ve gerçek hayatta
kullanıma hazır olacak şekilde uygulanmıştır. Bunlara ek olarak, iş akışkanlarının ve kirli
ve temiz durumların etkileri, performansa, ömüre ve maliyet sorunlarına paralel olarak,
toplam ısı transfer iyileştirmesi için incelenmiştir.
Bir çift borulu ısı değiştiricisinin detaylı analizinin incelemesi, içteki boruda deniz suyu
akışının mevcutken ve sırasıyla kanatsız-kanatlı tasarımı durumunda, halka tarafında
motor yağı ve motor yağının Ti, TiO2, Cu, CuO, Al, Al2O3 nanoparçacıkları ile karbon
nanotüp (MWCNT) ve grafen nano tabaka karıştırılmış nanoakışkan karışımları sabit bir
parçacık derişimine sahipken sunulmuştur. Artan kanat sayısı ve azalan temizlik faktörü
(CF) ile basınç düşümü ve pompalama gücü değerleri artarken, artan kanat sayısı ile
toplam boru sayısı azalmaktadır. Farklı tiplerde nanoakışkanların maliyeti ve optimum
halka tarafı hızını farklı şekillerde etkilediği bulunmuştur. Reynolds sayısının temizlik faktörüyle, ısı transfer katsayısıyla ve basınç düşümüyle değişimi, ayrıca sürtünme
katsayısının kütle debisi ile değişimi ve maliyet değerlerinin halka tarafı hızı ile değişimi
gibi ayrıntılı çıktılar bulguların grafiklendirilmesi ile şekillerde gösterilmiştir.
Son olarak, bu şekillerdeki eğilim çizgilerinin görünümü beklendiği gibi elde edilmiştir.

Abstract:
Diameter of the heat exchanger pipes has a strong effect on the flow characteristics
and the investment, operation, and overall cost. It is known that fin dimensions affect
annulus hydraulic diameters. The addition of fins to the design increases the heat
transfer area and thus enhances the heat duty compared to bare design where both
designs cover same volume. Special attention should be given to calculation of fin
dimensions of pipes for given flow rates and heat exchanger dimension.
With in the scope of this thesis, determination of proper fin geometries, optimum
operation condition with cost analysis for current heat exchanger have been
performed to be ready for manufacturing and use in real life. In addition to these,
effect of the type of the working fluids and fouled and clean cases are investigated for
the total heat transfer enhancement in parallel with performance, lifetime, and cost
issues.
Investigation of detailed analysis of a double-pipe heat exchanger model have been
presented for engine oil and its nanofluid mixtures with Ti, TiO2, Cu, CuO, Al, Al2O3
nanoparticles, carbon nanotube (MWCNT) and graphene nano sheet having a constant
particle concentration in liquid phase flowing in annulus side in case of its unfinned and the finned design, respectively, and sea water is flowing in the tube side in the
meantime. Pressure drop and pumping power values increase with increasing fin
number and decreasing with cleanliness factor (CF) whereas total tube number
decreases with increasing fin number. It is found that different types of nanofluids
affect the cost and optimum annulus side velocity differently. Comprehensive outputs
are performed by plotting the findings in figures such as alteration of Reynolds of
number with cleanliness factor, heat transfer coefficient, and pressure drop, also
friction factor with mass flow rate, and cost values with annulus side velocities.
Finally, physical appearance of the trend lines in these figures have been achieved as
expected.