İç İçe Borulu Isı Değiştiricide Zıt Akışta Türbülatör Kullanımının Basınç Değişimine Etkisinin Sayısal Olarak İncelenmesi
Numerical Investigation of the Effect of Using Counter-Flow Turbulators on Pressure Change in Inner Tube Heat Exchangers
Yazar: Baysal, Eşref; Solmaz, Özgür; Ökten, Mert; Başeski, Yasin
Dergi: El-Cezeri, Vol. 8 No. 2, 2021
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Basınç düşüşü,sürtünme faktörü,sayısal akışkanlar dinamiği,türbülatör ; Pressure drop,friction factor,computational fluid dynamics,turbulator

Endüstriyel proseslerde sıklıkla kullanılan boru tipi ısı değiştiricileri, farklı sıcaklıklardaki iki akışkanın birbirine karışmadan ısının transfer edilmesine yarayan cihazlardır. Türbülatör kullanılması ile akışa, akışın sınır tabakasının bütünlüğünün bozulup parçalanması, akışın olduğu çevreye ek türbülans verilmesi, akışın olduğu çevrede ikincil akışların meydana gelmesi ve türbülatörlerin hem kanatçık adımlarının hem de kanatçık açılarının farklılaşması sonucunda akışkanın akış mesafesinin uzamasının sağlanması gibi etkiler verilmektedir. Bu çalışmada, türbülatörler zıt akışlı iç içe borulu ısı değiştiricide kullanılmıştır. İki boru arasındaki bölgeden 50 l/h sabit hacimsel debide ve 298.14 K sıcaklıkta su, içteki borudan ise 350 K sıcaklıkta hava geçmektedir. İçteki boru içine yerleştirilmiş halkasal tip türbülatörler farklı adımlarda sayısal olarak incelenmiştir. Her bir türbülatör için Reynolds sayısının 4000 – 26000 aralığı için basınç kayıpları ve sürtünme karakteristikleri araştırılmıştır. Sonlu hacimler metoduna dayalı analiz yapan sayısal akışkanlar dinamiği kod programı kullanılarak temel korunum denklemleri sürekli rejimde 3 boyutlu ve türbülanslı akış şartlarında çözülmüştür. Havanın farklı hızlarına göre yapılan çalışmada sayısal analiz sonuçları elde edilmiştir. Sayısal analiz sonucunda boru içinde basınç ve hız dağılımları oluşturulmuştur. Boş ısı değiştiriciye oranla, türbülatörün neden olduğu basınç düşüşü, en düşük 100 mm adımlı ve en yüksek 25 mm adımlı türbülatör için gerçekleştiği görülmüştür. Türbülatörlerde adım mesafesinin kısalması ile basınç düşüşlerin yükseldiği, Reynolds sayısının artması ile de basınç düşüşlerinin arttığı sonucuna ulaşılmıştır.

Tubular heat exchangers, which are frequently used in industrial processes, are devices that transfer the heat of two fluids at different temperatures without mixing. With the use of a turbulator, the integrity of the flow boundary layer is disrupted and shattered, additional turbulence is given to the environment of the flow, secondary flows occur in the environment of the flow and effects such as increasing the flow distance of the fluid as a result of the variation of both the fin pitches and the blade angles of the turbulators. In this study, turbulators are used in counter flow tube heat exchangers. From the area between the two pipes, water at a constant volumetric flow of 50 l/h and a temperature of 298.14 K passes, while air at a temperature of 350 K passes through the inner pipe. The annular type turbulators placed in the inner pipe were examined numerically in different steps. Pressure losses and friction characteristics were investigated for the range 4000 - 26000 of Reynolds number for each turbulator. Using the digital fluid dynamics code program, which performs analysis based on the finite volume method, the basic conservation equations are solved in steady-state, 3-dimensional and turbulent flow conditions. Numerical analysis results were obtained in the study conducted according to different speeds of the air. Pressure and velocity distributions are created within the pipe as a result of numerical analysis. Compared to the empty heat exchanger, the pressure drops caused by the turbulator was observed to occur for the turbulator with a minimum pitch of 100 mm and a maximum step of 25 mm. It was concluded that the pressure drops increase with the shortening of the step distance in the turbulators, and the pressure drops increase with the increase of the Reynolds number.