Helezon borulu ısı değiştiricilerinin optimizasyonu

Abstract

Dünyanın enerji ihtiyacı her geçen gün artarken, buna paralel olarak geleneksel enerji kaynaklarının azalması, enerjiyi daha verimli kullanmanın yollarını aramaya itmektedir. Bu sebeple gıda, kimya, otomotiv sanayi, enerji santralleri, ısıtma soğutma ve havalandırma uygulamaları gibi çok geniş bir kullanım alanına sahip olan ısı değiştiricilerinin daha verimli olması konusunda uzun zamandır çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada ısı transferini iyileştiren pasif yöntemlerden biri olan helezon boru, bir hazne içinde kullanılarak; boru çapının ve buna bağlı olarak kavis oranının, Reynolds sayısının, debinin tek fazlı akışta ısı transferine ve basınç düşümüne olan etkileri incelenmiş, sonuçlar literatürde var olan çalışmalar ile karşılaştırılmıştır. Her bir kavis oranı için çalışma sırasında üstüne çıkılmaması gereken maksimum Reynolds sayıları elde edilerek optimum Reynolds sayısı grafiği oluşturulmuştur. Her bir boru için ısıl performans ve NTU analizleri yapılarak helezon borulu ısı değiştiricilerinde tek fazlı akış için en uygun boru ve debi tayini yapılmıştır. Çalışmada çapları 9-20 mm arasında değişen aynı helezon çapı, uzunluk ve sarım sayısına sahip 9 farklı helezon boru incelenmiş ve çalışma akışkanı olarak boru içinde ve dışında su kullanılmıştır. Araştırma boru içindeki Reynolds sayısının 12000-47000 aralığında olduğu türbülanslı akış rejimi koşullarında ve boru üzerine sabit 10 kW’lık ısı transferinde gerçekleştirilmiştir. Su ile yapılan çalışmalar, diğer bir pasif ısı transferi iyileştirme yöntemi olan nanoakışkan kullanımı ile tekrarlanmıştır. Çalışma akışkanı olarak literatürde ısı transferinde en çok artışa sebep olduğu belirtilen 10 farklı nanoakışkan, %0,1-0,5 aralığındaki 5 farklı derişimde kullanılmıştır. Elde edilen ısı transferi ve basınç düşümü etkileri sonuçlarına göre helezon borulu ısı değiştiricileri için en uygun nanoakışkan ve nanoakışkan derişimi tespit edilmiştir.