Süperhidrofobik yüzeylerin plakalı eşanjör performansına etkilerinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the effects of superhydrophobic surfaces on plate heat exchanger performance
Yazar: MERAL BAYAR FAKHRULDDIN FAKHRULDDIN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ÖZBEY
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, contalı plakalı ısı eşanjör plakalarının ıslak yüzeylerine kaplama yöntemi ile süperhidrofobik özellik kazandırılarak farklı sıcaklık koşullarında eşanjör performansına etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Isı transfer performansının değerlendirilmesi için ısı transferi, etkinlik ve NTU (Number of Transfer Units), ayrıca hidrodinamik olarak da basınç kaybı ve pompalama gücü test edilmiştir.   Süperhidrofobik kaplama malzemesi olarak, ticari olarak temin edilen süperhidrofobik solüsyon malzemesi kullanılmıştır. Deneyler, 32, 52, 71 ℃ olmak üzere 3 farklı sıcaklık koşullarında ve 3 farklı debide, dolayısıyla Reynolds sayısında çalıştırılmıştır. Deneyde kaplamalı eşanjörler kaplamasız eşanjörlere göre ısı transferini sırasıyla %45, %25, %17 oranlarında kötüleştirirken yerel basınç kayıpları %13, %10, %8 ve pompa gücü %24, %30, %23 oranlarda iyileştirmektedir. Elde edilen süperhidrofobik yüzeylerin temas açısı 159,59o olarak ölçülmüştür. 
Elde edilen sonuçlar, süperhidrofobik yüzeylerin contalı plakalı ısı eşanjörlerinin performansını önemli ölçüde etkilediğini göstermektedir. Süperhidrofobik yüzeyler, ısı transferini kötüleştirirken basınç kayıplarını dikkate değer ölçüde azaltmaktadır. 
Bu çalışma, ısı eşanjörlerinde süperhidrofobik kaplamaların kullanımının önemli avantajlar sunduğunu ortaya koymaktadır. Süperhidrofobik kaplamaların uygulanması, enerji tasarrufu sağlamak, sistemin verimliliğini artırmak ve işletme maliyetlerini azaltmak için etkili bir strateji sumaktadır. Özellikle, endüstriyel uygulamalarda yüksek potansiyel arz etmektedir. 


Anahtar Kelimeler: Contalı Plakalı Isı Eşanjörü, Süperhidrofobik Malzemesi, Isı Transferi, Basınç Kaybı, Yerel Kayıplar

Abstract:
This study experimentally investigated the effects of imparting superhydrophobic properties to the wet surfaces of plate heat exchanger plates using a coating method, and the impact on the exchanger's performance under different temperature conditions. To evaluate the heat transfer performance, heat transfer, effectiveness, and the Number of Transfer Units (NTU) were tested, as well as the pressure drop and pumping power from a hydrodynamic perspective.
A commercially available superhydrophobic solution material was used as the superhydrophobic coating. The experiments were conducted at three different temperature conditions (32°C, 52°C, and 71°C) and three different flow rates, thus Reynolds numbers. Compared to the uncoated exchangers, the coated exchangers degraded heat transfer by 45%, 25%, and 17%, respectively, while improving local pressure losses by 13%, 10%, and 8%, and pump power by 24%, 30%, and 23%. The superhydrophobic surfaces achieved a contact angle of 159.59°.
The results show that superhydrophobic surfaces significantly affect the performance of plate-and-frame heat exchangers. While superhydrophobic surfaces deteriorate heat transfer, they considerably reduce pressure losses. This study demonstrates the significant advantages of using superhydrophobic coatings in heat exchangers. Applying superhydrophobic coatings presents an effective strategy for achieving energy savings, improving system efficiency, and reducing operating costs, especially with high potential in industrial applications.


Keywords: Gasketed Plate Heat Exchanger, Superhydrophobic Material, Heat Transfer, Pressure Loss, Local Losses