Dalgalı kanatçıklı ısı değiştiricinin yanıt yüzey metodu ile çok amaçlı optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, yatay dikdörtgen bir kanal içerisine düz ve şaşırtmalı düzende yerleştirilen S tipi kanatların taşınımla ısı transferi ve basınç düşümü karakteristikleri Yanıt Yüzey Metoduyla (YYM) tahmin edilmiştir. Yaynıt Yüzey Metoduyla Nusselt sayısı ve sürtünme faktörü için matematiksel modeller kurulmuştur. Modellerin kurulmasında Merkezi Kompozit Tasarım (MKT) kullanılmıştır. Tasarım parametreleri ve değerleri, kanat yüksekliği (H) için 20mm, 35mm ve 50mm, akışa paralel yönde kanatlar arası mesafe (Sy) için 5mm, 12.5mm ve 20mm, kanat eğrilik yarıçapı (R) için 17mm, 29.5mm ve 42mm ve Reynolds sayısı (Re) için 10.000, 20.000 ve 30.000 olarak alınmıştır. Analizler sonucunda düz ve şaşırtmalı yerleşim düzenleri için ayrı ayrı elde edilen modellerin Nusselt sayısı ve sürtünme faktörü tahminlerinin literatür ile uyumlu sonuçlar verdiği görülmüştür. Sonuçlar göstermiştir ki, Yanıt Yüzey Metodu Nusselt sayısı ve sürtünme faktörünün tahmininde kullanılabilecek alternatif bir istatistiksel yöntemdir. Isı transferi ve basınç düşümü karakteristiklerinin tahmininden sonra Nusselt sayısı (Nu) ve sürtünme faktörü (f) amaç fonksiyonları olarak seçilerek Nusselt sayısını maksimum ve sürtünme faktörünü minimum yapacak tasarım değişkenlerinin (H, Sy, R ve Re) optimum değerlerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Çok amaçlı optimizasyon problemlerinden elde edilen sonuçlarla çözüm alanı oluşturulmuştur.Anahtar Kelimeler: I ı tran feri iyileştirme i, S tipi kanat, Yanıt Yüzey Metodu, optimizasyon, matematiksel model.

In this study, convection heat transfer and pressure drop characteristics of S type fins inserted as plain and staggered arrangement in a horizontal rectangular channel have been predicted by Surface Response Method (SRM). Mathematical models have been obtained for Nusselt number and the friction factor with the help of Surface Response Method. For mathematical models, the Central Composite Design (CCD) are used. The design parameters and the values are 20mm, 35mm and 50mm for fin height (H), 17mm 29.5mm and 42mm for curvature radius (R) 5mm, 12.5mm and 20mm for the distance between the fins in spanwise direction (Sy) and 10.000, 20.000 and 30.000 for Reynolds number. At the end of the anlyses, it is seen that the results for Nusselt number and the friction factor are in good agreement with literature. The results show that the Surface Response Method is an alternative statistical way that could be used for estimating Nusselt number and the friction factor. After estimating the heat transfer and pressure drop characteristics, determining the optimum values of the design variables that make Nusselt number maximum and friction factor minimum by chosing the Nusselt number and friction factor as objective functions is aimed. The solution field has been created by the results obtained from multi-purposed optimization problems.Keywords: Heat transfer enhancement, S type fins, Surface Response Method, optimization, mathematical model.