Year 2021, Volume , Issue 23, Pages 552 - 562 2021-04-30

Isı Transfer Silindirlerinde Halka Akış Kanalı Geometrisinin Isıl Performansa Etkisinin Sayısal Olarak İncelenmesi

Ahmet YURTSEVEN [1]


Bu çalışmada bir döner halka akım alanındaki ısı transferi davranışı hesaplamalı akışkanlar dinamiği yardımıyla incelenmiştir. Çalışmaya konu olan halka akım alanı, endüstrinin farklı alanlarında yaygın olarak kullanılan ısı transfer silindirleri(merdane)’dir. Isı transfer merdanelerinde ısıtma ya da soğutma görevi, merdane yüzeyi altındaki halka kesitteki akım alanında hareket eden iş akışkanı ile sağlanır. Kanal geometrisi tarafından şartlandırılan iş akışkanının davranışı, ısı transfer merdanesinin ısıl performansı ile doğrudan ilişkilidir. Bu çalışmanın amacı, iş akışkanının hareket ettiği kanalların geometrik yapısının ısı transfer davranışına etkisinin araştırılmasıdır. Bu amaçla, endüstriyel uygulamalarda sıklıkla kullanılan ısı transfer merdanelerinin içerdiği iş akışkanı çalışma kanalı tipleri incelenmiş ve farklı tiplerde modeller belirlenerek sayısal olarak modellenmiştir. Çalışmada merdane dönüş hızı sabit tutulmuş ve üç farklı akışkan debisi incelenmiştir. Çalışma sonuçları toplam ısı transferi, roller yüzeyi sıcaklık dağılımı, üretilen malzemeden çekilen ısı miktarı ve akışkanın hidrolik basınç düşüşü yönünden incelenmiştir. Çalışma sonucunda, iş akışkanını hidrodinamik olarak şartlandıran kanal geometrilerinin ısı transfer davranışı üzerinde önemli etkisi olduğu görülmüştür. Farklı akışkan kanalı yapılarına sahip merdane modellerinin değişen çalışma şartlarındaki ısıl performansları karşılaştırmalı olarak irdelenmiş ve azalan spiralli kanallar içeren modelin uniform bir yüzey sıcaklığı eldesi yönünden fayda sağladığı görülmüştür.
Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, merdane, ısı transfer performansı, sayısal çözüm, azalan spiral
  • 1. Boache P. J., Perspective: A method for uniform reporting of grid refinement studies, J. Fluids Eng. Trans. ASME, c. 116, sayı 3, ss. 405–413, 1994.
  • 2. Celik I. B., Ghia U., Roache P. J., Freitas C. J., Coleman H. ve Raad P. E., Procedure for estimation and reporting of uncertainty due to discretization in CFD applications, J. Fluids Eng. Trans. ASME, c. 130, sayı 7, ss. 0780011–0780014, 2008.
  • 3. Cotrell D. L., Flow between a cylinder and a rotating coaxial cylinder, axisymmetric shaft with axially-periodic radius variation, or screw, University of Illinois at Urbana-Champaign, 2003.
  • 4. Devisme S., Haudin J. M., Agassant J. F., Rauline D. ve Chopinez F., Numerical simulation of extrusion coating, Int. Polym. Process., c. 22, sayı 1, ss. 90–104, 2007.
  • 5. Fénot M., Bertin Y., Dorignac E. ve Lalizel G., A review of heat transfer between concentric rotating cylinders with or without axial flow, Int. J. Therm. Sci., c. 50, sayı 7, ss. 1138–1155, 2011.
  • 6. Fénot M., Dorignac E., Giret A. ve Lalizel G., Convective heat transfer in the entry region of an annular channel with slotted rotating inner cylinder, Appl. Therm. Eng., c. 54, sayı 1, ss. 345–358, 2013.
  • 7. Funk W. H., Rotating double shell heat exchange drum means and method of operating same, 1957.
  • 8. Huang S. ve Chun C. H., A numerical study of turbulent flow and conjugate heat transfer in concentric annuli with moving inner rod, Int. J. Heat Mass Transf., c. 46, sayı 19, ss. 3707–3716, 2003.
  • 9. Jeng T. M., Tzeng S. C. ve Lin C. H., Heat transfer enhancement of Taylor-Couette-Poiseuille flow in an annulus by mounting longitudinal ribs on the rotating inner cylinder, Int. J. Heat Mass Transf., c. 50, sayı 1–2, ss. 381–390, 2007.
  • 10. Jones D. P., McCann M. J., Abbott SJ, Web tension variations caused by temperature changes and slip on rollers, Proc. Elev. Int. Conf. Web Handl., ss. 65–84, 2011.
  • 11. Kumpinsky E., Heat-Transfer Model Assessment of Chill Rolls for Polymer Film Extrusion, Ind. Eng. Chem. Res., c. 32, sayı 11, ss. 2866–2872, 1993.
  • 12. Lamberti G. ve Titomanlio G., Analysis of film casting process: The heat transfer phenomena, Chem. Eng. Process. Process Intensif., c. 44, sayı 10, ss. 1117–1122, 2005.
  • 13. Liu H., Chen W., Qiu S. ve Liu G., Numerical simulation of initial development of fluid flow and heat transfer in planar flow casting process, Metall. Mater. Trans. B Process Metall. Mater. Process. Sci., c. 40, sayı 3, ss. 411–429, 2009.
  • 14. Lockhar F. N., Heat transfer roll, 1967.
  • 15. Lu Y. ve Pagilla P. R., Adaptive control of web tension in a heat transfer section of a roll-to-roll manufacturing process line, Proc. Am. Control Conf., ss. 1799–1804, 2014.
  • 16. Lu Y., Pagilla P. R., Modeling Of Temperature Distribution In A Moving Web Transported Over A Heat Transfer Roller, içinde ASME 2012 5th Annual Dynamic Systems and Control Conference joint with the JSME 2012 11th Motion and Vibration Conference, 2012
  • 17. Malewski T., Heating roller assembly for laminating, embossing and printing machines, 1958.
  • 18. Nouri-Borujerdi A. ve Nakhchi M. E., Heat transfer enhancement in annular flow with outer grooved cylinder and rotating inner cylinder: Review and experiments, Appl. Therm. Eng., c. 120, ss. 257–268, 2017.
  • 19. Pato T. G., Heat trasnfer roller having fluid circulating means therein, 1968.
  • 20. Poncet S., Haddadi S. ve Viazzo S., Numerical modeling of fluid flow and heat transfer in a narrow Taylor-Couette-Poiseuille system, Int. J. Heat Fluid Flow, c. 32, sayı 1, ss. 128–144, 2011.
  • 21. Rahaim C. P., Oberkampf W. L., Cosner R. R. ve Dominik D. F., AIAA committee on standards for computational fluid dynamics - Status and plans, 41st Aerosp. Sci. Meet. Exhib., ss. 1–22, 2003.
  • 22. Ramundo B. T., Heat exchange rolls, 1960.
  • 23. Roache P. J., Verification of codes and calculations, AIAA J., c. 36, sayı 5, ss. 696-702, 1998.
  • 24. Shih T.H., Liou W. W., Shabbir A., Yang Z. ve Zhu J., A New Kt Eddy Viscosity Model For High :Reynolds Number Turbulent Flows, Comput. Fluids, c. 24, sayı 3, ss. 227–238, 1995.
  • 25. SiemensPLM, STAR-CCM+ User guide, Version 14.02.010. 2019.
  • 26. Sven Barthel G. E., Oil-heated roller, 1984.
  • 27. Theysohn H., Calender heating roll, 1977.
  • 28. Wedel G. L., Heat transfer roll and method, 1984.
  • 29. Wilcox, D. C., Turbulence Modeling for CFD, D C W Industries; 2nd Edition, 1998.
Primary Language tr
Subjects Engineering
Journal Section Articles
Authors

Orcid: 0000-0003-2561-1783
Author: Ahmet YURTSEVEN (Primary Author)
Institution: Yıldız Teknik Üniversitesi Gemi inş. ve Denizcilik Fakültesi Gemi Makineleri İşletme Müh. Bölümü
Country: Turkey


Dates

Publication Date : April 30, 2021

APA Yurtseven, A . (2021). Isı Transfer Silindirlerinde Halka Akış Kanalı Geometrisinin Isıl Performansa Etkisinin Sayısal Olarak İncelenmesi . Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi , (23) , 552-562 . DOI: 10.31590/ejosat.884809