Gövde Boru Tipi Isı Değiştiricisinin Comsol Multiphysics Programında Sayısal Modellenmesi

Yıl 2018, Cilt: 59 Sayı: 692, 1 - 16, 31.10.2018

Anıl Erdoğan David Ouellette Can Özgür Çolpan

Öz

Çalışmamızda parabolik oluklu güneş kolektörü (PTSC) ile organik Rankine çevriminin entegre olarak çalıştığı sistemin bileşenleri arasında yer alan gövde – boru tipi ısı değiştiricisinin COMSOL Multiphysics® programında çoklu fizik (ısı transferi ve akışkanlar mekaniği) modellemesi yapılmıştır. Bu modelleme sonucunda programa girilen şartlar için ısı değiştiricisine ait hız ve sıcaklık dağılımları gövde tarafı akışkan debisi değiştirilerek karşılaştırmalı olarak oluşturulmuştur. Buna ek olarak, gövde tarafı akışkan debisi değiştirilerek ısı transferi, ekserji verimi ve ısı değiştiricisi etkenliğine olan etkisi de incelenmiştir. Bu çalışmanın sonucunda gövde tarafı akışkanın kütlesel debisinin 27,5 kg/s’den 137,5 kg/s’ye artmasıyla ısı değiştiricisi boyunca sıcaklık farkının azaldığı görülmüş ve akışkan hızının arttığı tespit edilmiştir. Öte yandan gövde tarafı akışkan debisinin arttırılması ile ısı transferi ve ekserji verimi artarken; ısı değiştiricisi etkinliğinin azaldığı tespit edilmiştir. Bu çalışmanın amacı, mevcut olarak bulunan ısı değiştiricisinin ısı transferi miktarını arttırarak ve basınç düşümünü azaltarak ısı değiştiricisinin performansını arttırıp ve ısı değiştiricilerinin tasarımı/modellenmesi üzerine çalışan araştırmacılara yol göstermektir.

Anahtar Kelimeler

Gövde-boru tipi ısı değiştiricisi, COMSOL Multiphysics®

Kaynakça

• Zhang, J., He, Y., Tao, W. 2009. “3D Numerical Simulation on Shell-and-Tube Heat Exchangers with Middle-Overlapped Helical Baffles and Continuous Baffles – Part I : Numerical Model and Results of Whole Heat Exchanger With Middle-Overlapped Helical Baffles,” Int J Heat Mass Transf, 52:5371–80. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.07.006.
• Zhang, J., He, Y., Tao, W. 2009. “3D Numerical Simulation on Shell-and-Tube Heat Exchangers with Middle-Overlapped Helical Baffles and Continuous Baffles – Part Iı : Simulation Results of Periodic Model and Comparison Between Continuous and Noncontinuous Helical Baffles,” Int J Heat Mass Transf, 52:5381–9. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2009.07.007.
• Yang, J., Zeng, M., Wang, Q. 2015. “Numerical Investigation on Combined Single Shell-pass Shell-and-Tube Heat Exchanger with Two-Layer Continuous Helical Baffles,” Int J Heat Mass Transf, 84:103–13. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.12.042.
• You, Y., Chen, Y., Xie, M., Luo, X., Jiao, L., Huang, S. 2015. “Numerical Simulation and Performance Improvement for a Small Size Shell-and-Tube Heat Exchanger with Trefoil-Hole Baffles,” Appl Therm Eng, 89:220–8. doi:10.1016/j.applthermaleng.2015.06.012.
• Lei, Y., He, Y., Chu, P., Li, R. 2008. “Design and Optimization of Heat Exchangers with Helical Baffles,” 63:4386–95. doi:10.1016/j.ces.2008.05.044.
• Erdogan, A., Colpan, O., Melek, D. 2017. “Thermal Design and Analysis of a Shell and Tube Heat Exchanger Integrating a Geothermal Based Organic Rankine Cycle and Parabolic Trough Solar Collectors,” Renew Energy, 109:372–91. doi:10.1016/j.renene.2017.03.037.
• Erdogan, A., Colpan, C. O., Cakici, D. M. 2017. “Thermal Design and Analysis of a Shell and Tube Heat Exchanger Integrating a Geothermal Based Organic Rankine Cycle and Parabolic Trough Solar Collectors,” Renew Energy, 109:372–91. doi:10.1016/j.renene.2017.03.037.
• Patankar, Sb V. 1980. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. 1st Edition. USA: Taylor & Francis.
• 2015. COMSOL User’s Guide.
• Wilcox D. C. 1998. Turbulence Modeling for CFD, DCW Industries.
• Çalışkan H, Hepbaşlı A. 2013. “Isı değiştiricilerinin Ekserjetik Yönleri,” Mühendis ve Makina, cilt 54, s. 28–37.