PATTERN BAFFLE SHELL AND TUBE TYPE HEAT EXCHANGER OPTIMIZATION, CFD ANALYSIS AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION

Yıl 2015, Cilt: 56 Sayı: 667, 32 - 40, 02.08.2015

Ahmet Aydın Tahsin Engin Serdar Yurduseven Gülcan Özel

Öz

The shell-and-tube type heat exchangers are widely used in many fields of industry in order to be easy to design, manufacturing and maitenance. Therefore the optimization of such heat exchangers from thermal and economical points of view is of particular interest. In this paper, an optimization procedure based on the minimum total cost (initial investment + operational costs) has been applied. Then the flow analysis of the optimized heat exchanger has been carried out to reveal possible flow field and temperature distribution inside the equipment using computational fluid dynamics (CFD). The experimental setup has made and results has compared with CFD results. It has been concluded that the baffles play an important role in the development of the shell-side flow field. This prompted us to investigate new baffle geometries without any reduction in the thermal performance, and hence a new baffle geometry has been proposed. Finally, the whole procedure of the calculations has been converted into a computer code using JAWA.

Anahtar Kelimeler

Heat exchanger, optimization, shell and tube type

PERDE DESENLİ GÖVDE BORULU TİP ISI DEĞİŞTİRİCİLERİNİN OPTİMİZASYONU, CFD ANALİZİ VE DENEYSEL İNCELENMESİ

Öz

Gövde borulu tip ısı değiştiricileri tasarımı, imalatı ve bakımı kolay olduğundan sanayinin birçok alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle, ısı değiştiricilerin termal ve ekonomik açılardan optimizasyonu önemlidir. Bu çalışmada, ilk olarak, minimum maliyet esasına göre (ilk yatırım + işletme maliyetleri) gövde borulu bir ısı değiştiricisinin optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, optimize edilmiş ısı değiştirici uygulamalı akışkanlar dinamiği (CFD) kullanılarak ekipman içinde sıcaklık dağılımı ve akış alanı ortaya çıkarılmıştır. Deney düzeneği oluşturulmuş ve CFD sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Analiz sonucunda, gövde tarafı akış alanında saptırıcıların önemli bir rol oynadığı sonucuna varılmıştır. Yeni saptırıcı geometrisinin, gövde tarafında ısıl performansta bir azalmaya neden olmadığı görülmüştür. Bu yüzden yeni saptırıcı modeli önerilmiştir. Sonunda, hesaplamaların tümü JAVA kodları kullanılarak bilgisayar kodu haline getirilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Isı değiştirici, optimizasyon, gövde borulu tip

Kaynakça

• 1. Kakac, S., Liu, H. 2002. Heat Exchangers Selection, Rating and Thermal Design, CRC Press, Washington D.C., p. 320-335.
• 2. McAdams, W. H. 1954. Heat Transmission, McGraw-Hill, New York.
• 3. Markovska, L., Mesko, V., Kiprijanova, R., Grizo, A. 1996. “Optimum Design of Shell and Tube Heat Exchanger,” Bulletin of the Chemists and Technologits of Macedonia, vol. 15 (1), p. 39-44.
• 4. Ponce, J. M., Serna, M. Rico, V., Jimenez, A. 2006. “Optimal Design of Shell and Tube Heat Exchangers Using Genetic Algorithms,” 16th European Symposium on Computer Aided Proces Engineering and 9th International Symposium on Process Systems Engineering, vol. 21, Alsevier, Amsterdam, The Netherlands, p. 985-990.
• 5. Babu, B. V., Munawar, S. A. 2007. “Differential Evolution Strategies for Optimal Design of Shell and Tube Heat Exchangers," Chemical Engineering Science, vol. 62 (14), p. 3720-3739.
• 6 Tema. 2007. Standards of the Tubular Exchanger Manufacturers Association, Tarrytown, New York.
• 7 Azad, A. V., Amidpour, M. 2011. “Economic Optimization of Shell and Tube Heat Exchanger Based on Constructal Theory,” Energy, vol. 36 (2), p. 1087-1096.
• 8 Caputo, A. C., Pelagagge, P. M., Salini, P. 2008. "Heat Exchanger Design Based on Economic Optimisation," Applied Thermal Engineering, vol. 28 (10), p. 1151–1159.
• 9. Edwards, J. E. 2008. Design and Rating Shell and Tube Heat Exchanger, Teesside, UK.
• 10. Engin, T., Güngör, K. E. 1996. “Gövde-Boru Tipi Isı Değiştirgeçlerinin Tasarım ve Maliyet Parametrelerine Göre Optimizasyonu,” TÜBİTAK-Türk Mühendislik ve Çevre Bilimleri Dergisi, cilt 20 (6), p. 313-322.
• 11. Jegede, F. O., Polley, G. T. 1992. Optimum Heat-Exchanger Design, Chemical Engineerıng Research & Design, vol. 70 (2), p. 133-141.