Düşey film evaporatörlerde tasarım geometrisinin etkin akış dağılımı üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of design geometry on effective flow distribution in falling film evaporators
Yazar: EKİN CAN DOLGUN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA AKTAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Düşey film evaporatörler gıda endüstrisinde ürünlerin konsantre edilmesi amacı ile yaygın olarak kullanılmaktadır. Evaporasyon işlemi en temeli ile ürün içerisindeki suyun uzaklaştırılarak kuru madde oranının arttırılması işlemidir. Modern toplum yapısının gelişmesi ile beraberindeki daha iyi için arayış, buharlaştırıcı teknolojisinde ihtiyaçlara karşılık sunması amacı ile gelişmelerin ihtiyacını doğurmuştur. Literatürde uygulanan tüm ısı transferi yaklaşımları sıvının tamamen homojen ve etkin olarak ısıtma yüzeyleri üzerinde dağıldığı varsayımına dayandırılmıştır. Literatürde görünen bu kısıt ve yetersizlik bu çalışmanın ve çalışma kapsamında sunulan modelin motivasyon kaynağını oluşturmuştur. Bu tez çalışması kapsamında, düşey film buharlaştırıcıların tasarım kriterleri incelenmiş, optimum tasarım için gerekli parametrelere bağlı olarak tasarım kritik noktaları oluşturulmuştur. Akışın dağıtılması ve ısı transferi arasındaki matematiksel ilişki kurularak modellenmiştir. Yapılan modelleme ile akış dağılımına göre en uygun tasarım geometrisinin oluşturulması hedeflenmiştir. Yapılan çalışma ile literatürde etkin akış dağılımı varsayımı ile yapılan ısı transferi yaklaşımları için varsayım parametreleri birer girdi olarak tanımlanmış; akış dağılım modeli ile entegre edilmiş buharlaşma teorisi açıklanmıştır. Nümerik analiz sonucunda elde edilen optimum tasarım girdileri, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) akış dağılımı simülasyonu ile karşılaştırılmış; tasarım doğrulaması gerçekleştirilmiştir. Düşük çapta buharlaşma hacmi ve dağıtım deliği ile kısa jet yüksekliğinin hem ısı transfer hem de akışın dağılımı açısından daha etkili olduğu görülmüştür. Bu çalışma ile düşey film buharlaştırıcılar için optimizasyon tanımı akış dağılımı ile entegre ısı transferi kavramı olarak literatüre kazandırılmıştır.

Abstract:
Falling film evaporators are widely used in the food industry to concentrate products. Evaporation process is the process of increasing the dry matter ratio by removing the water in the product. With the development of modern social structure, the pursuit for the better has led to the need for rapid developments in evaporator technology in order to meet the needs. In the literature, all heat transfer approaches applied are based on the assumption that the liquid is completely homogeneously and effectively distributed over the heating surfaces. This constraint and inadequacy seen in the literature formed the motivation source of this study. Within the scope of this thesis study, the design criteria of the falling film evaporators were examined, and design key points were formed depending on the parameters required for optimum design. It is modeled by establishing a mathematical relationship between flow distribution and heat transfer. With the modelling, it is aimed to create the most suitable design geometry according to the flow distribution. With the study, the assumption parameters for the heat transfer approaches were defined as inputs; the theory of evaporation integrated with flow distribution model was explained. The optimum design inputs obtained as a result of the numerical analysis were compared with the Computational Fluid Dynamics (CFD) flow distribution simulation; design verification has been carried out. It has been observed that the smaller evaporation volumes, distribution holes and short hydrolic jet heights are more effective in terms of both heat transfer and flow distribution. With this study, optimization definition for vertical film evaporators is introduced to the literature as the concept of integrated heat transfer theory with flow distribution.