Konsantrik üç borulu, zıt akışlı ısı eşanjörlerinin teorik olarak incelenmesi

Abstract

ÖZET Günümüzde kullanılmakta olan konsantrik tip ısı eşanjörleri iki borulu olarak dizayn edilmekte olup literatürde bu eşanjörler üzerine yapılmış çok sayıda çalışma mevcuttur. İki boruluya göre daha etkin olacağı düşünülen konsantrik, üç borulu eşanjörler üzerine yapılan çalışmalar ise yok denilecek kadar azdır. Bu araştırma ile, üç borulu konsantrik, zıt akışlı ısı eşanjörlerinin optimum dizaynına yönelik teorik bilgilerin üretilmesi amaçlanmıştır. Çalışma, iki kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısım eşanjör performansının belirlenmesi, ikinci kısım ise eşanjör boyunun belirlenmesi ile ilgilidir. Performans hesaplamaları, laminer ve türbülanslı akış şartlan altında, sabit bir eşanjör boyu için yapılmıştır. Bu durumda akışkanların kütlesel debileri ve eşanjörü oluşturan boruların çap değerleri değiştirilerek, bu parametrelerin eşanjör performansına etkisi incelenmiştir. Benzer şekilde ikinci kısımda da, aynı parametreler dikkate alınarak optimum eşanjör boyu bulunmaya çalışılmıştır. Ayrıca bu kısımda, iki borulu eşanjörle üç borulu eşanjörlerin karşılaştırılması da yapılmıştır. Her iki kısımdaki hesaplamalar, geliştirilen bir bilgisayar programı yardımıyla yapılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda ise sıcak akışkandan soğuk akışkana aktarılan ısı miktarları, toplam basmç kayıpları ve bulunan eşanjör boylarının boyutsuz yarıçap oranı ile değişimleri belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Isı Eşanjörleri, Konsantrik Üç Borulu Eşanjörler, Zıt Akışlı Eşanjörler, Eşanjör Performansı

SUMMARY Theoretical Investigation of Triple Concentric- Tube Counter Flow Heat Exchangers Conventionally, concentric type heat exchangers are designed as double tube heat exchangers and there is a large number of studies in the literature conducted on this type of exchangers. Studies on triple concentric - tube heat exchangers that can be considered as improved versions of double concentric - tube heat exchangers, on the other hand, are not only insufficient in terms of numbers, but also unreliable in terms of quality. In this study, detailed theoretical analyses are carried out on triple concentric - tube counter flow heat exchangers. The analyses are carried out in two parts, one concerning performance calculations and the other concerning design calculations. In the performance calculations, the effects of mass flow rates and tube radius ratios on the exchanger performance, are investigated for a fixed exchanger length. In the design calculations, the effect of tube radius ratios on the length of exchanger is investigated for an expected exchanger heat transfer rate. The exchanger lengths obtained in this part are then compared with the corresponding double tube heat exchanger lengths. To perform the calculations, a computer program is developed. Based on the generated data, the variations of exchanger heat transfer rate, pressure losses and exchanger length with the input parameters such as mass flow rates of hot and cold fluids and tube radius ratios are determined. Key Words: Heat Exchangers, Triple Concentric-Tube Heat Exchangers, Counter Flow Heat Exchangers, Exchanger Performance VI