Ağır taşıt serpantinlerinin tasarımı

Abstract

Alüminyum serpantinler, sahip oldukları çok sayıda önemli özelliklerinden dolayı araç uygulamalarında genel olarak çok göze çarpmaktadırlar. Yüksek mukavemetleri ve güvenilirliklerinin yanı sıra, düşük maliyetleri, yüksek verimleri ve düşük ağırlıklarından dolayı ağır taşıtlar için gözde bir çözüm olmayı garantilemişlerdir. Bu sebeple, alüminyum serpantinde ısı geçişi konusuna özel ilgi gösterilmesi gereklidir. Bu çalışmada serpantin ısıl verimi incelenmektedir ve çalışma beş ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, serpantin ısıl verimi ile ilgili geçmiş çalışmalar ve araştırmalar sunulmuştur. İkinci bölümde, serpantin ısıl verim deneyi yapılmış ve sonrasında ölçme belirsizlik analizi Minitap programı yardımıyla tamamlanmıştır. Sonraki bölümde, ısı değiştirici kanadı Solidworks programı ile modellenmiş ve Gambit programı ile sayısal ağ yapısı oluşturulmuştur. Hava akışı ve hava tarafındaki ısı geçişi, HAD programı (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) ile analiz edilmiş ve sonrasında HAD sonuçları ile deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonuçları HAD programının serpantin geliştirmesinde kullanılabilir bir metod olduğunu doğrulamıştır. En uygun serpantin değişkenlerini bulabilmek için, kanat boyu, panjur kanat uzunluğu vb., değiştirilerek, HAD programı yardımıyla analizler dördüncü bölümde yapılmıştır. Son bölümde, NTU (Number of Transfer Units) yöntemi kullanılarak hava ve soğutucu akışkan çıkış sıcaklıkları hesaplanmış ve NTU sonuçları ile deney sonuçları karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonuçları, hesaplamalar sırasında uygun Rehava-StPr2/3(J) grafiğinin seçilmesiyle NTU yönteminin serpantin geliştirmeleri sırasında kullanılabileceğini göstermiştir.

The aluminum serpentine has a number of features that make it very attractive for vehicle applications in general. Superior durability and reliability in conjunction with its low costs, high performance and low weight warrant a favorable solution for heavy trucks. A special focus is, therefore, required for the heat transfer of aluminum serpentines. In this study, thermal performance of serpentines are investigated and the study consists of five main parts. In the first section, previous studies and researches regarding serpentine performance are presented. In the second section, thermal performance experiment is done and measurement error analysis is completed with Minitab program afterwards. In the next section, heat exchanger fin is modeled with Solidworks and meshed with Gambit. Air flow and heat transfer of air side is computationally analyzed with CFD program (Computational Fluid Dynamics) and then CFD results are compared to heat exchanger experimental results. The comparison validates that CFD is a method that can be used for the serpentine development. In order to find the optimum serpentine parameters, fin length, louvered fin length etc, are defined and analyzed with CFD program in the fourth section. In the last part of this study, the air and coolant outlet temperatures are calculated by using NTU (Number Transfer Units) method and NTU results are compared to experimental results. Comparision shows that NTU method can be used for serpentine development if a proper Reair-StPr2/3(J) graph is used in the calculations.