NUMERICAL ANALYSIS OF THE EFFECT OF WINGLET BAND TYPE TURBULATORS ON HEAT TRANSFER AND FRICTION FACTOR

Year 2023, Volume: 26 Issue: 1, 139 - 153, 15.03.2023

Murat Teköz İshak Gökhan Aksoy

https://doi.org/10.17780/ksujes.1185860

Abstract

In this study, the effects of band type turbulator with double-side winglet inside a pipe on heat transfer and friction factor were investigated numerically with the help of Ansys-Fluent program. The turbulator was designed with two different winglet distances (P=10 mm and 20 mm) and three different winglet angles (λ = 30°, 45°, 60°). In the numerical analyzes performed by assuming the pipe surface temperature as constant, aluminum as the turbulator material and water as the fluid were used. Realizable k-ε turbulence model was chosen in the analyzes. As a result of the analyzes performed between the Reynolds number of 8000-30000, it was seen that the winglet pitch distance (P) and the winglet angle (λ) of the turbulator were effective on both the heat transfer and the friction factor. By using a turbulator in the pipe, the Nusselt number was increased up to 67.09% compared to the empty pipe.

Keywords

turbulator, winglet, heat transfer, computational fluid dynamics

KANATÇIKLI BANT TİPİ TÜRBÜLATÖRLERİN ISI TRANSFERİ VE SÜRTÜNME FAKTÖRÜ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN NÜMERİK ANALİZİ

Abstract

Bu çalışmada, boru içerisine yerleştirilmiş çift tarafı kanatçıklı bant tipi türbülatörün ısı transferi ve sürtünme faktörü üzerindeki etkileri Ansys-Fluent programı yardımıyla sayısal olarak incelenmiştir. Türbülatör, iki farklı kanatçık adım mesafesinde (P=10 mm ve 20 mm) ve üç farklı kanatçık açısında (λ = 30°, 45°, 60°) tasarlanmıştır. Boru yüzey sıcaklığı sabit kabul edilerek gerçekleştirilen sayısal analizlerde, türbülatör malzemesi olarak alüminyum ve akışkan olarak su kullanılmıştır. Analizlerde gerçekleştirilebilir (Realizable) k-ε türbülans modeli seçilmiştir. Reynolds sayısının 8000-30000 aralığında gerçekleştirilen analizler sonucunda, türbülatörün kanatçık adım mesafesinin ve kanatçık açısının hem ısı transferi üzerinde hem de sürtünme faktörü üzerinde etkili olduğu görülmüştür. Boru içerisinde türbülatör kullanılarak boş boruya göre Nusselt sayısında % 67.09’e kadar artış sağlanmıştır.

Keywords

Türbülatör, Kanatçık, Isı Transferi, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği

References

• Bademci, N. (2017). Boru İçine Yerleştirilen Türbülatörlerin Isı Transferi ve Akış Karakteristiklerinin Sayısal Olarak İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Batman Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Batman 101s.
• Bhattacharyya, S., Bashir, A. I., Dey, K., & Sarkar, R. (2020). Effect of Novel Short-Length Wavy-Tape Turbulators on Fluid Flow and Heat Transfer: Experimental Study. Experimental Heat Transfer, 33(4), 335-354. https://doi.org/10.1080/08916152.2019.1639847
• Çengel, Y., Ghajar, A.J. (2015) Isı ve Kütle Transferi, Esaslar ve Uygulamalar, Vedat Tanyıldızı, İhsan Dağtekin (Çev.). Ankara: Palme Yayıncılık.
• Kahraman, N., Sekmen, U., Çeper, B., & Akansu, S. O. (2008). Boru İçi Akışlarda Türbülatörlerin Isı Transferine Olan Etkisinin Sayısal İncelenmesi. Isi Bilimi ve Teknigi Dergisi/Journal of Thermal Science & Technology, 28(2).
• Kamboj, K., Singh, G., Sharma, R., Panchal, D., & Hira, J. (2017). Heat Transfer Augmentation in Double Pipe Heat Exchanger Using Mechanical Turbulators. Heat and Mass Transfer, 53(2), 553-567. https://doi.org/10.1007/s00231-016-1838-x
• Karagöz, Ş., Çiltaş, S., Yıldırım, O., & Erdoğan, S. (2019). Yatay Borularda Türbülatörlerin Isı Transferine Olan Etkisinin Deneysel Araştırılması. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 12(1), 306-316. https://doi.org/10.18185/erzifbed.459957
• Nalavade, S. P., Prabhune, C. L., & Sane, N. K. (2019). Effect of Novel Flow Divider Type Turbulators on Fluid Flow and Heat Transfer. Thermal Science and Engineering Progress, 9, 322-331. https://doi.org/10.1016/j.tsep.2018.12.004
• Noorbakhsh, M., Zaboli, M., & Ajarostaghi, S. S. M. (2020). Numerical Evaluation of The Effect of Using Twisted Tapes as Turbulator with Various Geometries in Both Sides of a Double-Pipe Heat Exchanger. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 140(3), 1341-1353. https://doi.org/10.1007/s10973-019-08509-w
• Pardhi, C. K., & Baredar, P. (2012). Performance İmprovement of Double Pipe Heat Exchanger by Using Turbulator. International Journal of Engineering Science and Advanced Technology, 2(4), 881-85.
• Royds R. (1921): “Heat Transmission by Radation, Conduction and Convection”, First Edition, Constable and Company, London.
• Thejaraju, R., Girisha, K. B., Manjunath, S. H., & Dayananda, B. S. (2020). Numerical Evaluation of Thermo-Hydraulic Performance İndex of a Double Pipe Heat Exchanger Using double Sided Louvered Winglet Tape. Journal of Thermal Engineering, 6(5), 843-857. https://doi.org/10.18186/thermal.800267
• Vaisi, A., Moosavi, R., Lashkari, M., & Soltani, M. M. (2020). Experimental İnvestigation of Perforated Twisted Tapes Turbulator on Thermal Performance in Double Pipe Heat Exchangers. Chemical Engineering and Processing-Process Intensification, 154, 108028. https://doi.org/10.1016/j.cep.2020.108028
• Yildiz, C., Biçer, Y., & Pehlivan, D. (1998). Effect of Twisted Strips on Heat Transfer and Pressure Drop in Heat Exchangers. Energy Conversion and Management, 39(3-4), 331-336. https://doi.org/10.1016/S0196-8904(96)00194-X
• Yadav, A. S. (2009). Effect of Half Length Twisted-Tape Turbulators on Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics İnside a Double Pipe U-Bend Heat Exchanger. JJMIE, 3(1), 17-22.