Düzgün ve saptırmalı dizaynda farklı pim geometrilerine sahip ısı değiştiricilerinin zorlanmış taşınımla ısı transferinin incelenmesi
Investigation of forced convection heat transfer of heat exchangers with different pin geometries in inline and staggered design
Yazar: FURKAN PARLAK
Danışman: DOÇ. DR. AHMET ALİ SERTKAYA
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Pimli plakalı ısı değiştiriciler geleneksel düz plakalı tasarımlardan farklı olarak ısı transfer yüzeylerine tutturulmuş bir dizi yakın aralıklı pim veya kanatçıklardan oluşmaktadır ve düz plaka tasarımlarına kıyasla ısı transfer oranlarını artırırlar. Bu tasarımlar çeşitli endüstriyel uygulamalarda verimli bir şekilde kullanılmaktadır. Pimli plakalı ısı değiştiricilerde zorlanmış taşınımla ısı transferini etkileyen temel faktörlerin başında pimlerin boyutu, geometrisi ve aralığı gelirken, akışkanın viskozitesi, yoğunluğu, özgül ısısı ve akış hızı gibi parametrelerde ısı transferi üzerinde oldukça etkili değerlerdir. Mühendisler, belirli bir uygulama için istenen ısı transfer oranını elde etmek amacıyla bu parametreleri optimize ederler. Bu tez çalışmasında, ısı değiştirici formuna getirilmiş farklı geometrilere sahip pimli plakalı ısı değiştirici yüzeylerinde zorlanmış taşınım ile ısı transferinin etkileri deneysel olarak ele alınmıştır. Deneylerde dördü saptırmalı ve dördü saptırmasız olmak üzere toplam 8 adet pimli plakalı ısı değiştirici kullanılmıştır. Pimli plakalı ısı değiştiricilerin yüzey alanları birbirine eşit olacak şekilde üretilmiştir. Pimlerin tek farkı geometrileridir. Pimler üçgen, daire, elips ve kare olmak üzere dört farklı şekilde üretilmiştir. Deneyler 10 ila 50 watt ısıl giriş güçlerinde, 1-6 m/s arasında değişen hava hızlarında gerçekleştirilmiştir. Deney sonucunda, saptırmalı pimli plakaların saptırmasız pimli plaklara oranla daha yüksek Nusselt sayılarına sahip olduğu görülmüştür. En yüksek basınç düşüşü saptırmalı üçgen ve elips pimli plakalı ısı değiştiricilerde gözlemlenmiştir.

Abstract:
Unlike conventional flat plate designs, pin plate heat exchangers consist of a series of closely spaced pins or fins attached to the heat transfer surfaces and increase heat transfer rates compared to flat plate designs. These designs are used efficiently in a variety of industrial applications. While the size, geometry and spacing of the pins are the main factors affecting forced convection heat transfer in pin plate heat exchangers, parameters such as fluid viscosity, density, specific heat and flow velocity are also very effective values on heat transfer. Engineers optimize these parameters to achieve the desired heat transfer rate for a given application. In this thesis, the effects of forced convection heat transfer on the surfaces of pin plate heat exchangers with different geometries brought into heat exchanger form are experimentally investigated. A total of 8 pin plate heat exchangers, four with staggered and four in-line, were used in the experiments. The surface areas of the pin plate heat exchangers are equal to each other. The only difference of the pins is their geometry. The pins were produced in four different shapes: triangle, circle, ellipse and square. The experiments were carried out at thermal input powers of 10 to 50 watts and air velocities ranging from 1 to 6 m/s. As a result of the experiment, it was observed that the plates with staggered pins have higher Nusselt numbers than those in-line pins. The highest pressure drop was observed in heat exchangers with plates with staggered triangular and elliptical pins.