Kanatçıklı iç borulu dikey ısı değiştiricilerinde ısı transferi ve basınç düşümü analizi

Year 2021, Volume: 11 Issue: 1, 62 - 72, 15.01.2021

Tarkan Koca Serbay Ali Budak

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.754642

Cited By: 2

Abstract

Bu çalışmada kanatçık sayısı farklı olan kanatçıklı iç borulu ısı değiştiricisinin dik konumlandırılmasıyla ısı transferinin artırılması deneysel olarak ele alınmıştır. Çalışmanın diğer çalışmalardan en önemli farkı ısı değiştiricinin dik konumlandırılmasıdır. Dik konumlandırılan ısı değiştiricisindeki ısı transferini analiz etmek için deney seti kurulmuştur. Isı transferleri ve basınç düşümleri farklı iç borularda incelenmiştir. Her boru için akış türbülanslıdır. Hem kanatçıklı iç boru için hem de iç boru ile dış boru arasındaki aralıklar için hesaplamalar yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre Reynolds sayısı ve Nusselt sayısı hesaplanmış, grafikleri çizilmiştir. Deney sonuçlarından elde edilen değerler Petukhov’un eşitliğinden çıkan değerlere oldukça yakındır. Yapılan deneylerde en iyi ısı transferinin kanatçık sayısı en fazla olan iç boruda olduğu saptanmıştır. Kanatlı kısım uzunluğu 300 mm olan boruda düz boruya göre ısı transferi %147.38 artarken basınç kaybı da %131.25 artmıştır. Kanatçıklı iç borulu ısı değiştiricilerinde ısı transferi miktarı düz boruya göre daha iyi olmaktadır. Fakat kanatçıkların etkisiyle basınç düşümlerinde artışlar olmaktadır.

Keywords

Dikey Isı Değiştiricileri, Isı Transferi, Kanatçıklı Boru, Türbülanslı Akış

Analysis of heat transfer and pressure drop in vertical heat exchangers with finned ınner pipe

Abstract

In this study, increasing the heat transfer by the vertical positioning of the finned inner pipe heat exchanger which has different fin number has been discussed experimentally. The most important difference of the study from other studies is the vertical positioning of the heat exchanger. A testing set was installed to analyze the heat transfer in the vertically positioned heat exchanger. Heat transfers and pressure drop were analyzed at different inner pipes. The flow is turbulent for each tube with different fin number. Calculations were made both for finned inner pipe and annular spacing between inner pipe and outer pipe. All results were compared with each other to obtain the best results. According to the results, Reynolds number and Nusselt number were found and graphed. The values obtained from the experimental results are very close to the values derived from Petukhov's equation. In experiments, it was found that the best heat transfer was in pipe which has most fin number. In pipe which has 300 mm finned length, the heat transfer increased by 147.38% and also the pressure drop increased by 131.25% in comparison with straight tube. In finned inner tube heat exchangers, the amount of heat transfer is better than in straight tube. But with the effect of fins, pressure drops increase.

Keywords

Vertical heat exchangers, Heat transfer, Finned pipe, Turbulent flow

References

• Alimoradi, A. & Veysi, F. (2017). Optimal and Critical Values of Geometrical Parameters of Shell and Helically Coiled Tube Heat Exchanger. Case Studies in Thermal Engineering, 73–78.
• Akyürek, E., Geliş, K. & Yoladı, M. (2020). Farklı Tip Isı Değiştiriciler için Termodinamik Analiz. Journal of the Institute of Science and Technology, 10 (2), 1202-1212.
• Baysal, E. (2009). Eş Merkezli Borulu Isı Değiştiricilerinde Helisel Türbülatörlerin Etkilerinin Deneysel ve Sayısal Olarak İncelenmesi. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
• Bazarbashi, M. (2013). Dalgalı Kanatçıklı Isı Değiştiricinin Yanıt Yüzey Metodu ile Çok Amaçlı Optimizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.
• Boran, K. Daştan, F., Şahin, H. M., & Aktaş, M. (2014). Isı Eşanjörlerinde Isı Transferi İyileştirme Yöntemlerinin Sayısal ve Deneysel Olarak İncelenmesi. Politeknik Dergisi, 17 (4), 183-191.
• Bozkula, G. (2016). Kendinden Kanatlı (Finli) Vetürbülatörlü Turbo Fin Boru Sisteminin Geliştirilmesi. Yüksek Lisans Tezi, Namık Kemal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tekirdağ, 95s.
• Buyruk, E. Karabulut, & K., Karabulut, Ö.O. (2013). Three-Dimensional Numerical Investigation of Heat Transfer for Plate Fin Heat Exchangers, Heat Mass Transfer, 49 (6), 817-826.
• Buyruk, E. & Karabulut, K. (2013). Numerical Investigation Into Heat Transfer for Three-Dimensional Plate Fin Heat Exchangers with Fins Placed Perpendicular to Flow. Transactions of FAMENA, 37 (2), 87-102.
• Buyruk, E., & Karabulut, K. (2015). Numerical Study of Heat Transfer Enhancement and Flow Characteristics of Three-Dimensional Plate Fin Heat Exchangers. Heat Transfer Research, 46 (9), 819-837.
• Buyruk., E. & Karabulut, K. (2017). Plakalı Kanatçıklı Isı Değiştiricilerde Kanat Geometrisinin Isı Transferine Olan Etkisinin Üç Boyutlu Sayısal Olarak İncelenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi-Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 19 (56), 346-363.
• Buyruk, E. & Karabulut, K. (2018). Enhancement of Heat Transfer for Plate Fin Heat Exchangers Considering the Effects of Fin Arrangements. Heat Transfer Engineering, 39 (15), 1392-1404.
• Buyruk, E. & Karabulut, K. (2020). Research of Heat Transfer Augmentation in Plate Fin Heat Exchangers Having Different Fin Types. Journal of Engineering Thermophysics, 29(2), 316-330.
• Çorak, A. (2010). Kanatçıklı Isı Değiştiricilerinin Isıl Performanslarının Sayısal Olarak İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri.
• Dal, A. (2019). Düz Plakalı Borulu Bir Isı Değiştiricisinin Optimum Kanatçık Aralığının Sayısal Analizi. Ömer Halis Demir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8(1), 479-501.
• Karataş, T. (2019). Gövde - Boru Tipi Isı Değiştiricilerinde HAD Uygulaması ile Akış ve Isıl Analiz. Yüksek Lisans Tezi, İnönü Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Malatya.
• Kırtepe, E. & Özbalta, N. (2018). Kanatlı-Borulu Isı Değiştiricilerde Belirsizlik Analizi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 9 (1), 161 - 175.
• Kline, S.J. & McClintock, F.A. (1953). Describing uncertainties in singlesample experiments. Mech Eng., 75(1):3–8 Koca, T. (2007). Dönel Helisel İç Borularda Isı Transferi ve Basınç Düşümü Analizi. Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ, 146s.
• Mangrulkar, CK., Dhoble, AS., Chamoli, S., Gupta, A. & Gawande, VB. (2019). Recent Advancement in Heat Transfer and Fluid Flow Characteristics in Cross Flow Heat Exchangers. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 113:131
• Omidi, M., Farhadi. M., & Jafari, M. (2017). A Comprehensive Review on Double Pipe Heat Exchangers. Applied Thermal Engineering, 110, 1075–1090.
• Pourahmad, S. & Pesteei, SM. (2016). Effectiveness-Ntu Analyses in A Double Tube Heat Exchanger Equipped with Wavy Strip Considering Various Angles. Energy Conversion and Management, 123, 462-469.
• Zhang, J., Zhu, X., Mondejar, ME. & Haglind, F. (2019). A Review of Heat Transfer Enhancement Techniques in Plate Heat Exchangers. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 101, 305-328.