Biyo-benzetim yöntemiyle geliştirilen farklı yüzey pürüzlülüklerindeki plakalı ısı değiştiricileri için plaka yüzeylerinde erozyon ve korozyon oluşumunun deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of erosion and corrosion formation on plate surfaces for plate heat exchangers developed through bio-mimetic method
Yazar: ONUR VAHİP GÜLER
Danışman: PROF. DR. ALİ KEÇEBAŞ
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu doktora tezi, plakalı ısı değiştiricilerde plaka yüzey geometrisinin biyo-benzetim metoduyla geliştirilerek, farklı yüzey pürüzlülüklerinde ısı transferi, basınç düşüşü ve ekserji kaybının optimize edilmesi ve farklı eşanjör malzemeleri için plaka yüzeylerinde erozyon oluşumunun deneysel olarak incelenmesini amaçlamaktadır. Çalışma kapsamında, eklemeli imalat yöntemi kullanılarak üretilen plakalı ısı değiştiricilerin akış kanallarında kabartılmış desenler tasarlanmıştır. Bu desenler doğadaki solunum organlarının yapılarından esinlenmiştir. Hidrodinamik, termal ve ekserji analizleri kullanılarak imalatın izin verdiği kısıtlamalar ve düşük hacimde yüksek performans hedefleri doğrultusunda tasarım modelleri geliştirilmiştir. En uygun plaka yüzey geometrisi, akciğer deseni olarak belirlenmiş ve bu desen ile kompakt plakalı ısı değiştirici tasarlanmıştır. Çalışma kapsamında, çelik, alüminyum ve titanyum malzemelerden üretilen plakalı ısı değiştiricilerin termal, hidrodinamik, ekserji ve korozyon-erozyon performansları deneysel olarak incelenmiştir. Deneysel sonuçlar, sayısal analizlerle karşılaştırılmış ve %4,72'lik bir hata elde edilmiştir. Sonuç olarak, bu doktora tezi, plakalı ısı değiştiricilerde plaka yüzey geometrisinin biyo-benzetim metoduyla optimize edilerek, farklı yüzey pürüzlülüklerinde yüksek performans elde edilmesini ve erozyon oluşumunun azaltılmasını amaçlamaktadır. Elde edilen bulgular, plakalı ısı değiştiricilerin termal ve hidrodinamik performansını geliştirmek için değerli bir katkı sunmaktadır.

Abstract:
The aim of this doctoral thesis is to develop plate surface geometry in plate heat exchangers using the bio-mimicry method to optimize heat transfer, pressure drop, and exergy loss at different surface roughnesses, as well as experimentally investigate erosion formation on plate surfaces for different heat exchanger materials. Within the scope of the study, embossed patterns were designed in the flow channels of additive manufacturing-produced plate heat exchangers, inspired by the structures of respiratory organs in nature. Design models were developed based on hydrodynamic, thermal, and exergy analyses, considering the limitations imposed by manufacturing and the goal of achieving high performance in a compact design. The optimal plate surface geometry was determined as the lung pattern, and a compact plate heat exchanger with this pattern was designed. The thermal, hydrodynamic, exergy, and corrosion-erosion performances of plate heat exchangers made from steel, aluminum, and titanium materials were experimentally investigated within the study. The experimental results were compared with numerical analyses, yielding an error rate of 4.72%. In conclusion, this doctoral thesis aims to optimize plate surface geometry in plate heat exchangers using the bio-mimicry method to achieve high performance at different surface roughnesses and reduce erosion formation. The findings provide valuable contributions to enhancing the thermal and hydrodynamic performance of plate heat exchangers