Düz ve helisel borularda koruge yüzeylerin kullanımının ısı geçişi karakteristiklerine etkisinin sayısal olarak incelenmesi

Abstract

Günümüzde enerji kaynaklarının kısıtlı ve kolay tükenir olması ile enerji verimliliği konusu önemli hale gelmiştir. Bu durum ısı değiştiricisi cihazlarının tasarımında da enerji verimliliğini ön plana çıkarmaktadır. Isı değiştiricilerinin ısıl performansını arttırmak için çeşitli ısı geçişi iyileştirme yöntemleri kullanılmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında iki ayrı pasif ısı geçişi iyileştirme yöntemi olan koruge yüzey yapısının ve helisel geometrinin birlikte kullanıldığı dairesel kesitli borulardaki tek fazlı akışta ısı geçişi karakteristikleri nümerik olarak incelenmiştir. 5,75 mm çaplı 390 mm uzunluğundaki dairesel kesitli bir borunun çap ve uzunluğu sabit olacak şekilde pürüzsüz yüzeyli düz, koruge yüzeyli düz, pürüzsüz yüzeyli helisel ve koruge yüzeyli helisel borular tasarlanmıştır. Koruge hatvesi, koruge derinliği ve helis çapının ısı geçişi ve basınç düşümüne etkisi araştırılmıştır. Koruge hatvesinin 6 mm, 12 mm ve 18 mm olduğu, koruge derinliğinin 0,6 mm, 0,8 mm ve 1 mm olduğu, helis çapının 20 mm, 30 mm, 40 mm ve 60 mm olduğu durumlar için çalışmalar yapılmıştır. Çalışma akışkanı olarak su kullanılmıştır. Sabit yüzey ısı akısı sınır şartında 25 ℃ giriş sıcaklığı olan sıvı haldeki suyun tek fazlı laminer, geçiş ve türbülanslı akış rejimleri incelenmiştir. Reynolds sayısının 480 ile 6100 arasında olduğu 20 farklı değer için çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Sabit yüzey ısı akısı laminer akış şartlarında 5500 kW/m2, geçiş ve türbülanslı akış şartlarında ise 21100 kW/m2 olarak boru iç yüzeyinden akışkana sağlanmıştır. Boru dış yüzeyine adyabatik sınır şartı tanımlanmıştır. Bütün çalışmalar nümerik olarak ANSYS Fluent 19.0 paket yazılım programında parametrik olarak analiz edilmiştir. Elde edilen nümerik sonuçlara göre laminer akış rejiminde koruge yüzeyin ve helisel geometrinin pürüzsüz düz boruya göre ısıl performansta iyileşme sağladığı görülmüştür. Türbülanslı akış rejiminde ise kayda değer bir iyileşme gözlemlenememiştir