Boru içerisine cidardan ayrık olarak yerleştirilen delikli şerit elemanların ısı transferi ve basınç düşümüne etkisinin incelenmesi
The investigation of the effect of loose-fit perforated twisted tapes in a tube on heat transfer and pressure drop
Yazar: ERSİN KARAKAYA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SİBEL GÜNEŞ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, boru içerisine yerleştirilen delikli şerit elemanların ısı transferi ve düşümüne etkisi Reynolds sayısının 4860-24130 aralığında deneysel olarak araştırılmıştır. Öncelikle, boş boru deneyleri yapılarak; elde edilen sonuçların literatürdeki çalışma sonuçlarıyla uyumu incelenmiştir. Yapılan boş boru deney sonuçlarının literatürde mevcut çalışmalarla uyumlu olduğu görülmüş ve sonrasında delikli şerit elemanlar ile deneyler gerçekleştirilmiştir.

Deneyler iki farklı şerit eleman genişliği (w=54 mm, w=52 mm), üç farklı delik çapı oranı (d/D=0.0714, 0.1071, 0.1428) ve üç farklı kıvrım oranı (y/D=2. 2.5, 3) olmak üzere 18 farklı şerit elemanla gerçekleştirilmiştir.

Boru içerisine yerleştirilen delikli şerit elemanlar ısı transferinde ciddi artışlar meydana getirmişlerdir. Isı transferindeki en yüksek artış y/D=2 kıvrım oranı ve d/D=0.0714 delik çapı oranına sahip şerit elemanla sağlanmıştır. Ancak şerit elemanlar ısı transferini artırmanın yanısıra basınç düşümünün de artmasına sebep olmuşlardır. En yüksek sürtünme katsayısı, en yüksek ısı transferinin sağlandığı y/D=2 kıvrım oranı ve d/D=0.0714 delik çapı oranına sahip şerit elemanla yapılan deneylerde görülmüştür.
Dikkate alınan parametrelerden (y/D, d/D, w) ısı transferi ve basınç düşümü üzerinde en etkili parametrenin kıvrım oranı (y/D) olduğu görülmüştür. Bununla beraber delik çapı oranını da (d/D) kaydadeğer bir etki sağlarken,. şerit eleman genişliği (w), diğer iki parametreye nazaran bariz bir etki yapmamıştır.

Bu tez çalışması sonucunda, endüstride yaygın olarak kullanılan ısı değiştiricilerindeki borular içerisine, ısı değiştiricisinin çalışma şartlarına göre düşük Reynolds sayılarında delikli şerit elemanlar küçük kıvrım oranları ve delik çapı oranlarında yerleştirilerek; ısı transferinde iyileştirme sağlamanın mümkün olabileceği gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Isı transferi, basınç düşümü, delikli şerit eleman, ısı değiştiticileri.

Abstract:
In this study, the effect of the loose-fit perforated twisted tapes in a tube on heat transfer and pressure drop was investigated experimentally in the range of Reynolds number 4860-24130. Firstly, the experiments were carried out with plain tube and then the compatibility of the obtained results with literature was examined. It was seen that the obtained results from plain tube show a good agreement with the studies in the literature and then the experiments were performed with loose-fit perforated twisted tapes in a tube.

The experiments were performed with 18 different twisted tapes with two different twisted tape width (w=54 mm, w=52 mm), three different hole diameter ratios (d/D=0.0714, 0.1071, 0.1428), and three twist ratios (y/D=2, 2.5, 3).

Loose-fit perforated twisted tapes in a tube provided a significant increase on heat transfer. Especially, twisted tape with y/D=2 twist ratio and d/D=0.0714 hole diameter ratio, the Nusselt number is greater than the one with empty tube. However, loose-fit perforated twisted tapes in a tube caused considerable increase on pressure drop, as well on Nusselt number. The maximum pressure drop was observed in twisted tape with y/D=2 twist ratio and d/D=0.0714 hole diameter ratio which showed the best heat transfer increase. As a result, it was found that, the effective parameter is twist ratio. Also second effective parameter is hole diameter ratio. Twisted tape width is not effective parameter, as well.

In conclusion of this experimental study, it is showed that providing heat transfer enhancement is possible via inserting loose-fit perforated twisted tapes in a tubes of heat exchangers which are used extensively in industry related with the working conditions of heat exchangers in low Reynolds numbers with small twist ratios and small hole diameter ratios.

Keywords: Heat transfer, Pressure drop, perforated twisted tape, heat exchangers.