Yeni bir sıvı-sıvı plakalı ısı değiştiricisinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Endüstrinin en önemli cihazlarından biri olan ısı değiştiricileri farklı adlar altında çeşitli endüstri alanlarında, soğutma, ısıtma ve iklimlendirme sistemlerinin hemen hemen tüm kademelerinde değişik tip ve kapasitelerde kullanılmaktadır. Pratikte birçok ısı değiştiricisi çeşitleri vardır ve bunlardan yaygın olarak kullanılan plakalı sıvı-sıvı ısı değiştiricileri de ısıtma-soğutma ve iklimlendirme sistemlerinde, atık ısı geri kazanımlarında ve benzeri birçok sistemde yüksek ısı değiştirici etkinlikleri, küçük hacimleri, kolay temizlenebilmeleri, yeterli sıcaklık ve basınç dayanımları gibi birçok önemli özelikleri dolayısıyla tercih edilmekte olup, bu tip ısı değiştiricilerinin kullanımı ülkemizde de hızla yaygınlaşmaktadır. Isı değiştiricilerin etkinliklerinin daha da artırılabilmesi için yeni konstrüksiyonlara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında plakalı ısı değiştiricisi için yeni nesil iki farklı plaka tipi önerilmiş olup, önerilen ısı değiştiricisi modelinin akış ve ısı transferi sayısal olarak incelenmiştir. Yeni tasarım plakaların sıvıyı akışa dik yönlerde karıştırmaları ve sınır tabakayı her yönde yenilenmeleri incelenmiştir. Sayısal sonuçların doğruluğunu test etmek için bir deney düzeneği kurulmuştur. Bu tez çalışmasında ayrıca günümüzde sık kullanılan chevron plaka tasarımı da incelenmiş olup, belirli bir geometri için sayısal sonuçlar literatürde verilen değerler ile uyum içerisinde olduğu görülmüştür. Hem chevron tip hem de yeni plaka için sonuçlar grafikler halinde verilmiş olup, hız, sıcaklık ve alan sinerji (field synergy) dağılımları da gösterilmiştir. Belirli boyutlar için sayısal hesaplamalardan elde edilen sonuçlara göre eşitlikler elde edilmiştir. Literatürde çalışılan plaka ile aynı boyutlarda yapılan hesaplama sonucunda bu yeni plakalı ısı değiştiricisinin aynı pompa gücünde ısı transferinde %40 civarında iyileşme olduğu görülmüştür.Heat exchangers are one of the most important devices in industry. They are widely used in various industrial areas, heating, refrigeration and air-conditioning systems with different types and capacities. In practice, there are a lot of types of heat exchangers. Plate heat exchangers are among the most widely used heat exchangers to perform heat transfer between two fluids. They are preferred for their high level of heat exchange efficiency, small volume, easy maintenance, sufficient pressure and temperature resistance in a wide range of systems like HVAC+R and waste heat recovery. Their use has also spread in our country. New constructions are needed in order to manufacture more effective plate heat exchangers. By the proposed thesis, fluid flow and heat transfer were numerically investigated for proposed two different type new generation plate heat exchanger. For novel designed plates, mixing of the working fluids in perpendicular to the flow directions and regeneration the boundary layer in all directions are investigated. In order to validate numerical results an experimental setup was built. In this thesis, chevron type plate which is commonly used today is also studied. For a given geometry, the numerical results showed good agreement with literature. The results are given in graphs for both chevron and the new type designed plate. Some equations are derived for given dimensions. Velocity, temperature and field synergy contours also shown. Using same geometrical dimensions given by literature, it was found that heat transfer enhances about 40% at the same pumping power.