Dönmeli akış içeren dönen borulu ısı değiştiricisinde ısı transferi ve akışın incelenmesi

Abstract

ÖZET Sanayide kullanılan kirli ve sıcak atık suların enerjilerinin tekrar kullanılması, günümüzde enerji tasarrufu açısından önem kazanmaktadır. Sıcak ve kirli atık suların klasik ısı değiştiricilerinde kullanılması, hem işletme zorluklarını ortaya çıkarmakta, hem de enerji kaybına neden olmak tadır. Bu tür olumsuzlukları giderebilmek için, yeni bir ısı değiştiricisinin tasarımı ve performansının belirlenmesi çalışmanın amacını teşkil etmektedir. Ele alınan çalışmada, litaratürde tanımlanan konsantrik, iç içe iki borulu, klasik ısı değiştiricisi modeli esas alınarak, ilave tasarımlarla yeni tip ısı değiştiricisi modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen modelde soğuk su, iç boruya, boru cidarına açılan 5mm*10mm boyutlarında, dikdörtgen kesite sahip kanallardan girmekte ve iç boru döndürülmektedir. Dönme etkisi ile boru girişinde, soğuk suya dönme li akış karakteri kazandırılarak, soğuk su tarafındaki ısı taşınım katsayısının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Anular aralıkta akan sıcak ve kirli su tarafında ise, ısı taşınım katsayısının iyileştirilmesi yanında, kirli suyun daha kolay tahliyesi için, iç borunun dış yüzeyi helisel kanatlı imal edilmiştir. îç borunun döndürülmesiyle helisel kanatlar vida taşıyıcı görevi yaparak, kirli sıcak suyu dışarıya tahliye etmektedir. Deneyler soğuk su girişinin iki veya dört kanaldan sağlanması halinde ve iç borunun değişik devir sayılarında, aynı yönlü paralel akışlı ve zıt yönlü paralel akışlı ısı değiştiricisi tiplerinde yapılmıştır. Aynı deneyler iç borunun dış yüzeyindeki helisel kanatların 3 Oram, 20mm, 10mm' lik helis adımaları için tekrarlanmıştır. Soğuk su akışında Reynolds sayısı 4000 ila 30000/ sıcak su akışında ise 3000 ila 20000 arasında değiştirilmiştir. Modelden elde edilen sonuçlar, aynı boyuttaki klasik tipli konsantrik iç içe borulardan oluşan ısı değiştirici sinden elde sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. îç borunun tanıtılan giriş kanalı geometrisiyle döndürülmesi halinde, ısı değiştiricisinin toplam ısı transfer katsayısında iyileşmeye neden olduğu görülmüştür ve buna karşılık basınç kayıplarında artışlar olmuştur. Akış gözleme deneylerinde, modelde tanıtılan iç boruda ki dönmeli akışın boru boyunca sönümlenmediği izlenmiştir. îç boru akış alanının teorik hesaplanması, laminer akış için gerçekleştirilerek bulunan sonuçların akış gözleme de neyi sonuçlarıyla uyum içinde olduğu belirlenmiştir.

SUMMARY In this thesis, heat transfer and fluid flow in a concentric double pipe heat exchanger of which inner tube rotates are investigated. In industry, day after day, hot and waste water produced by industrial use has been increasing. Employing this water in classical heat exchanger makes some operating diffuculties and causes some energy to be wasted. Improving effectiveness of the heat exchanger is directly connected with the heat transfer coefficients of the hot and cold water sides. In this study, beside improving the heat transfer coefficients of water side, in order to transport hot water more easily, the cold water tube with helical formed finning on the outer surface was designed to rotate, arid resulting the heat exchanger has experimentally been investigated. A wide ranges of Reynolds Numbers for hot water (3000£Re£20000> and for cold water flowing through the inner tube <4000£Re£30000) were covered in the experimental studies. Results recorded from the heat exchanger was compared with experimental results of the heat exchanger without helical finning, but of the same dimensions. The experiments showed that the rotation of the smaller tube was caused to enhance heat transfer for annular flow rather than the pipe flow. As a result of that the total heat transfer coefficent of the heat exchanger was increased comparing with the result of the classical heat exchanger. The flow resistance is also shown to be increased. In addition to that, effectiveness of the heat exchanger was calculated by NTD method and compared with the values in the literature. The comparison showed that the rotation of inner tube causes to increase the effectiveness.