L-ayaklı spiral kanatlı borulu ısı değiştiricisinin ısıl hidrolik özelliklerinin araştırılması ve yeni deneysel bağıntıların türetilmesi
Investigation of the thermal-hydraulic properties of a l-footed spiral finned tube heat exchanger and derivation of new empirical correlations
Yazar: Yılmaz, Ramazan; Özbalta, Necdet
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 40 No. 2, 2023
Anahtar kelimeler: Mechanical Engineering (Other) ; Makine Mühendisliği (Diğer) ; L-footed spiral fin,P-NTU method,heat exchanger,Colburn j factor,Fanning f-friction factor. ; L-ayaklı spiral kanat,P-NTU yöntemi,ısı değiştiricisi,Colburn j faktörü,Fanning f sürtünme faktörü

Bu çalışmanın amacı l-ayaklı spiral kanatlı borulu ısı değiştiricisinin ısıl hidrolik özelliklerinin araştırılması ve Colburn j faktörü ile Fanning f sürtünme faktörünü veren deneysel bağıntıların türetilmesidir. Çapraz akışlı ısı değiştiricisinde boru sıraları hava akış yönünde kaydırılmış olarak düzenlenmiştir. Sabit su giriş hacimsel debisi (2,3 l/min) ve çevre havası koşullarında, yedi farklı su giriş sıcaklığı (40 °C ila 70 °C) ve hava giriş hızı (3,40 m/s ila 7,90 m/s) için deneyler gerçekleştirilmiştir. Toplam ısı geçiş katsayısının eldesinde, bir akışkanın karıştığı diğerinin karışmadığı sıcaklık etkinliği-geçiş birimi sayısı (P-NTU) yöntemi kullanılmıştır. Regresyon analizi için doğrusal olmayan (nonlineer) en küçük kareler yöntemi uygulanmıştır. Reynolds sayısı 9043 ila 21579 aralığında değişmiştir. Çalışma sonucunda ortalama ısı geçişi, P1 ve P2 sıcaklık etkinliği, toplam ısı geçiş katsayısı, kanat verimi, toplam yüzey verimi, ısı taşınım katsayısı, Nusselt sayısı, Colburn j faktörü, basınç düşümü ve Fanning f sürtünme faktörü değerleri elde edilmiştir. Deneysel bulgular kullanılarak hava tarafı Colburn j faktörü ve Fanning f sürtünme faktörü bağıntıları elde edilmiştir. Reynolds sayısı-Colburn j faktörü ilişkisine su giriş sıcaklığının etkisini, önerilen bağıntılara eklemek için yeni bir parametre olarak boyutsuz maksimum sıcaklık farkı (BMSF) önerilmiştir. Colburn j faktörü -Re sayısına ilişkisine BMSF’nin eklenmesi, korelasyon katsayısını (r) 0,717’den 0,965’e yükseltmiştir.

The aim of this study is to investigate the thermal hydraulic properties of the l-footed spiral fin-and-tube heat exchanger and to derive empirical correlations giving the Colburn j factor and the Fanning f friction factor. In the cross-flow heat exchanger, the rows of tubes were arranged staggered in the direction of the air flow. Under constant water inlet volumetric flow rate (2.3 l/min) and ambient air conditions, experimental study was carried out for seven different water inlet temperatures (40 °C to 70 °C) and air inlet velocity (3.40 m/s to 7.90 m/s). The temperature effectiveness-the number of transfer units (P-NTU) method with one ﬂuid mixed and one ﬂuid unmixed was employed to determine the overall heat transfer coefﬁcient. The nonlinear least squares method was used for regression analysis. Reynolds number ranged from 9043 to 21579. As a result of the study, average heat transfer, P1 and P2 temperature effectiveness, overall heat transfer coefficient, fin efficiency, total surface efficiency, heat transfer coefficient, Nusselt number, Colburn j-factor, pressure drop and Fanning f-friction factor values were obtained. Using experimental findings, air side Colburn j factor and Fanning f friction factor correlations were obtained. Dimensionless maximum temperature difference (DMTD) has been proposed as a new parameter to add the effect of water inlet temperature to the Reynolds number-Colburn j factor relationship. Adding DMTD to the Colburn j factor -Re number relationship increased the correlation coefficient (r) from 0.717 to 0.965.