İÇ İÇE BORULU MODEL BİR ISI DEĞİŞTİRİCİSİNDE ISI TRANSFERİNİN İYİLEŞTİRİLMESİNİN SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Year 2005, Volume: 21 Issue: 1, 128 - 139, 01.02.2005

Nesrin Kayataş Mustafa İlbaş

Abstract

Bu çalışmada, iç içe borulu ısı değiştiricisine yerleştirilen kare kanatçığın, üçgen kanatçığın, girdaplı akışın ve kanatçıksız ısı değiştiricisinin aynı yönlü ve zıt yönlü akış uygulanarak ısı transferine etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Modelleme bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği programı olan ve sonlu farklar (hacimler) metodunu uygulayan FLUENT kullanılarak yapılmıştır. Simülasyon için yukarıda ifade edilen şartlara göre dört değişik model geliştirilmiştir. Isı değiştiricisinin boyu 1m, yarı çapı ise 0.025m’dir. Bütün modellerde iç borudan sıcak (600 K) hava, dış borudan da soğuk (300 K) hava girişi sağlanmaktadır. Isı değiştiricisinin tam silindirik ve simetrik olması nedeniyle, modelleme iki boyutlu ve eksenel-simetrik olarak gerçekleştirilmiştir. Modellemesi gerçekleştirilen, iç içe borulu ısı değiştiricisinde; kanatçıksız, kare kanatçıklı, üçgen kanatçıklı ve girdaplı akış için aynı ve zıt yönlü olarak sıcaklık dağılımları, hız dağılımları ve akım çizgileri dağılımı detaylı olarak elde edilmiştir. İç ve dış borudan çıkış sıcaklıkları kare kanatçık kullanıldığında iç boruda 476 K’e kadar düşerken dış boruda 410 K’e kadar çıkmaktadır. Girdaplı akış durumunda ise iç borudan ortalama çıkış sıcaklığı 416 K ve dış borudan ortalama çıkış sıcaklığı ise 414 K olmaktadır. Aynı yönlü ve zıt yönlü iç içe borulu ısı değiştiricisinde bütün modeller için ortalama çıkış sıcaklıkları incelendiğinde, maksimum ısı transferinin girdaplı akış durumunda gerçekleştiği görülmektedir. Girdaplı akış kullanılması ısı transferini önemli ölçüde iyileştirmektedir.

Keywords

Isı değiştiricileri, ısı transferi iyileştirilmesi, kanatçık, girdaplı akış

NUMERICAL INVESTIGATION OF HEAT TRANSFER ENHANCEMENT IN A HEAT EXCHANGER

Abstract

In this study, numerical modelling of a heat exchanger for four different models and conditions; cylindirical heat exchanger without rib, with square rib, with triangle rib, and swirling flow in the exchanger. The effects of flow and different rib types on heat transfer in the heat exchanger are numerically invastigated by using a CFD code FLUENT. The heat exchanger has 1m lenght and 0.025m radius. For all models the fluid flowing in the exchanger was air; hot air (600 K) in the inner pipe and cold air (300 K) in the outer pipe. As the heat exchanger is cylindirical and axi-symetrical CFD modelling was made two dimensional and axi –symetrical. For all models, detailed temperature distributions, velocity distrubitions and streamlines are obtained and presented in this study. Average outlet temperatures are 476 K for inner tube and 410 K for outer tube. When the swirling flow is used average outlet temperatures are 416 K for inner tube and 414 K for outer tube. When temperature distributions and average outlet temperatures for all models are compared, it is clearly seen that the maximum heat transfer is performed in the swirling flow used heat exchanger. Using swirling flow in the heat exchanger is dramatically increased the heat transfer in the heat exchanger

Keywords

Heat exchangers, heat transfer enhancement, rib, swirling flow

References

• Sparrow, E.M., and Chaboki, A., Turbulent Fluid Flow and Heat Transfer in a Circular Tube, ASME Journal of Heat Transfer, 106, 766-773, 1984.
• Lozza, G., and Merlo, U., An Experimental Investigation of Heat Transfer and Friction Losses of Interrupted and Wavy Fins for Fin-And-Tube Heat Exchangers, International Journal of Refrigeration, 24, 409-416, 2001.
• Wu, H.W., and Perng, S.W., Effect of an Oblique Plate on The Heat Transfer Enhancement of Mixed Convection Over Heated Blocks in a Horizontal Channel, International Journal of Heat and Mass Transfer, 42, 1217-1235, 1999.
• Daloğlu, A., and Ayhan, T., Natural Convection in a Periodically Finned Vertical Channel, Int. Comm. Heat and Mass Transfer, 26, 1175-1182, 1999.
• Lee, C.K., and Abdel-Moneim, S.A., Computational Analysis of Heat Transfer in Turbulent Flow Past a Horizontal Surface With Two-Dimensional Ribs, Int. Comm. Heat Mass Transfer, 28, no. 2, 161-170, 2001.
• Çakmak, G., ve Yıldız, C., Konsantrik Tip Isı Değiştiricilerinde Boru Girişine Yerleştirilen Açılı Enjektörlerin Isı Transferi ve Basınç Düşüşüne Etkisi,Termodinamik Dergisi, 2003.
• Fluent Incorporated FLUENT User's guide version 5.3, 1998.
• Yakhot, V., And Orszag, S. A., Renormalization Group Analysis of Turbulance: I. Basic Theory. Journal of Scientific Computing, 1(1), 1986.
• Versteeg, H.K., and Malalasekera, W., Computational Fluid Dynamics, London, 1995.
• Kayataş, N., İç İçe Borulu Bir Isı değiştiricisinde Isı Transferinin İyileştirilmesinin Nümerik Olarak
• İncelenmesi, Y. Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi, Kayseri, 2003.