Nanoakışkanlı çift borulu ısı değiştiricilerin optimizasyonu

Abstract

Isı değiştiricisi borularının çapları, akış karakteristikleri, yatırım maliyeti, işletmemaliyeti ve toplam maliyet üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. Kanat boyutlarının halkatarafı hidrolik çapını etkileyeceği de iyi bilinen bir durumdur. Her iki tasarımın aynıhacmi kapladığı durumda tasarıma kanatların eklenmesi ısı transfer alanını ve böyleceısıl yükü sade tasarıma göre artırmaktadır. Boruların kanat boyutlarınınhesaplanmasında verilen akış debisinde ve ısı değiştiricisi boyutlarında özel önemverilmelidir.Bu tez kapsamında, mevcut ısı değiştiricisi için uygun kanat boyutlarının belirlenmesi,maliyet analizlerini içeren en uygun çalışma şartları üretime ve gerçek hayattakullanıma hazır olacak şekilde uygulanmıştır. Bunlara ek olarak, iş akışkanlarının ve kirlive temiz durumların etkileri, performansa, ömüre ve maliyet sorunlarına paralel olarak,toplam ısı transfer iyileştirmesi için incelenmiştir.Bir çift borulu ısı değiştiricisinin detaylı analizinin incelemesi, içteki boruda deniz suyuakışının mevcutken ve sırasıyla kanatsız-kanatlı tasarımı durumunda, halka tarafındamotor yağı ve motor yağının Ti, TiO2, Cu, CuO, Al, Al2O3 nanoparçacıkları ile karbonnanotüp (MWCNT) ve grafen nano tabaka karıştırılmış nanoakışkan karışımları sabit birparçacık derişimine sahipken sunulmuştur. Artan kanat sayısı ve azalan temizlik faktörü(CF) ile basınç düşümü ve pompalama gücü değerleri artarken, artan kanat sayısı iletoplam boru sayısı azalmaktadır. Farklı tiplerde nanoakışkanların maliyeti ve optimumhalka tarafı hızını farklı şekillerde etkilediği bulunmuştur. Reynolds sayısının temizlik faktörüyle, ısı transfer katsayısıyla ve basınç düşümüyle değişimi, ayrıca sürtünmekatsayısının kütle debisi ile değişimi ve maliyet değerlerinin halka tarafı hızı ile değişimigibi ayrıntılı çıktılar bulguların grafiklendirilmesi ile şekillerde gösterilmiştir.Son olarak, bu şekillerdeki eğilim çizgilerinin görünümü beklendiği gibi elde edilmiştir.

Diameter of the heat exchanger pipes has a strong effect on the flow characteristicsand the investment, operation, and overall cost. It is known that fin dimensions affectannulus hydraulic diameters. The addition of fins to the design increases the heattransfer area and thus enhances the heat duty compared to bare design where bothdesigns cover same volume. Special attention should be given to calculation of findimensions of pipes for given flow rates and heat exchanger dimension.With in the scope of this thesis, determination of proper fin geometries, optimumoperation condition with cost analysis for current heat exchanger have beenperformed to be ready for manufacturing and use in real life. In addition to these,effect of the type of the working fluids and fouled and clean cases are investigated forthe total heat transfer enhancement in parallel with performance, lifetime, and costissues.Investigation of detailed analysis of a double-pipe heat exchanger model have beenpresented for engine oil and its nanofluid mixtures with Ti, TiO2, Cu, CuO, Al, Al2O3nanoparticles, carbon nanotube (MWCNT) and graphene nano sheet having a constantparticle concentration in liquid phase flowing in annulus side in case of its unfinned and the finned design, respectively, and sea water is flowing in the tube side in themeantime. Pressure drop and pumping power values increase with increasing finnumber and decreasing with cleanliness factor (CF) whereas total tube numberdecreases with increasing fin number. It is found that different types of nanofluidsaffect the cost and optimum annulus side velocity differently. Comprehensive outputsare performed by plotting the findings in figures such as alteration of Reynolds ofnumber with cleanliness factor, heat transfer coefficient, and pressure drop, alsofriction factor with mass flow rate, and cost values with annulus side velocities.Finally, physical appearance of the trend lines in these figures have been achieved asexpected.