Plakalı tip ısı değiştirici plaka desenlerinin ısıl performansa etkisinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, contalı plakalı bir ısı değiştiricisinin ısıl performansı deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmada 30° Chevron açısına sahip 7 plakadan oluşan contalı plakalı bir ısı değiştiricisi kullanılmıştır. Sayısal çalışmada ise deneysel çalışmada kullanılan ısı değiştiricisinin üç boyutlu modeli oluşturulmuş ve bu model ile Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler farklı soğuk su kütlesel debi (0,05kg/s (küçüktür)m ̇_cold(küçüktür)0,25kg/s), soğuk su giriş sıcaklığı (5°C(küçüktür)Tcold,inlet(küçüktür)30°C) ve Chevron açısı (30°(küçüktür)β(küçüktür)60°) koşulları altında gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar Taguchi, ANOVA ve Gri İlişki Analizi (GRA) istatiksel metotları kullanılarak değerlendirilmiştir. Bu metotlar ise sırasıyla maksimum ısı transferi ve minimum basınç düşümü hedefleri gözetilerek optimum parametrelerin elde edilebilmesi, her bir parametrenin ısı transferi ve basınç düşümüne olan katkı oranlarının tespit edilebilmesi ve parametrelerin çok performans karakteristikleri ve seviyelerinin tespit edilebilmesi için kullanılmıştır. Nusselt sayısı (Nu) üzerine en etkili ve etkisiz parametreler sırasıyla soğuk su kütlesel debisi (%50,10) ve soğuk su giriş sıcaklığıdır (%5,58). Darcy sürtünme katsayısı (f) için en etkili parametre ise Chevron açısıyken (%91,21) en etkisiz parametre ise %0,49 oran ile soğuk su giriş sıcaklığıdır. Çoklu performans karakteristiklerine bakıldığında ise optimum parametre seviyeleri 30°C soğuk su giriş sıcaklığı, 0,25 kg/s soğuk su giriş debisi ve 45° Chevron açısı koşulları altında elde edilmiştir.

In this thesis study, the thermal performance of a gasketed plate heat exchanger was experimentally and numerically investigated. A plate heat exchanger consists of 7 plates that have 30° Chevron angle was used in the experimental study. In the numerical study, a three-dimensional model of the heat exchanger used in the experimental study was created and Computational Fluid Dynamics (CFD) analyzes were performed with this model. The analyses were performed under different cold water mass flow rate (0,05kg/s(Less than)m ̇_cold(Less than)0,25kg/s), cold water inlet temperature (5°C(Less than)Tcold,inlet(Less than)30°C) and chevron angle (30°(Less than)β(Less than)60°) conditions. The obtained results were evaluated using the statistical methods of Taguchi, ANOVA and Gray Relationship Analysis (GRA). These methods were used to achieve the optimum parameter levels considering the maximum heat transfer and minimum pressure drop, to obtain the contribution ratios of each parameter on the heat transfer and friction factor, and to evaluate the multi performance characteristics of the parameters and their levels, respectively. The most and least effective parameters on the Nusselt number (Nu) were cold water mass flow rate (50,10%) and cold water inlet temperature (5,58%), respectively. The most effective parameter for the Darcy friction coefficient (f) was the Chevron angle (91,21%), while the least effective parameter was the cold water inlet temperature with a rate of 0,49%. Considering the multiple performance characteristics, optimum parameter levels were obtained under the conditions of 30°C cold water inlet temperature, 0,25 kg/s cold water inlet flow and 45° Chevron angle.