Bir ısı değiştirgecindeki kirlilik modellemesinin sayısal incelenmesi

Abstract

Bu tez ısı değiştirgeçlerinde oluşan kirliliğin ısı transferine olan etkilerini sonlu farklar ve sonlu elemanlar metodu ile inceleyen çalışmaları içermektedir. Kirlilik ısı değiştirgeçleri yüzeylerinde istenmeyen maddelerin toplanması olarak adlandırılır. Isı değiştirgeçleri boruları üzerinde oluşan kirlilik ısı transfer oranım azaltarak, gaz akış yollarında değişikliklere sebep olmakta ve maliyeti artırmaktadır. Çalışmada, dairesel bir ısı değiştirgeci borusunda modellenen farklı kirliliklerin, ısı iletim katsayılarının, kirlilik şeklinin ve kalınlığının ısı transferine etkileri teorik olarak incelenmiştir. Çalışmada, Re sayısı 4400 olarak seçilmiş, hava ve temiz boru sıcaklığı sırasıyla 373 K ve 283 K olarak alınmıştır. Kirlilik kalınlığı, ısı iletim katsayıları ve düzgün dağılımlı olmayan kalınlık, verilen ebatlardaki temiz boru üzerindeki birikintinin etkisinin görülebilmesi için değiştirilmiştir. İlk olarak, birikinti yapısı homojen birikinti olarak ele alınmış, daha soma iki farklı birikinti ve düzgün dağılımlı olmayan birikinti durumları incelenmiştir. Birikinti geometrilerinin çözümleri için sonlu farklar ve sonlu elemanlar yöntemi kullanılmış olup, sıcaklık dağılımları ve ısı aktarım oranlan farklı birikinti modelleri için elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler : Isı değiştirgeci, Kirlilik, sonlu farklar metodu, Sonlu elemanlar metodu, ANSYS

This thesis describes the results of an investigation into the heat transfer within a heat exchanger tube in cross flow with particular reference to the effects of fouling and applying of finite element method and finite difference method on heat transfer problems. Fouling can be defined as the accumulation of undesirable substances on exchanger tube surfaces. Fouling build up on heat exchangers tubes reduces heat transfer rate and changes the gas flow patterns around the tubes and increases costs. The effects on heat transfer of fouling thickness, its disposition and its thermal conductivity have been investigated theoriticaily by modelling the fouled tube as circular cylinder. In this investigation, Reynolds number was choosen as 4400, air temperature and surface temperature of clean tube were choosen as values of 373 K and 283 K respectively. Foulant thickness, thermal conductivity and eccentricity values were changed to observe effects of fouling on given clean tube. Firstly, fouling geometry was made as homogeneous deposition on the external surface of tube and then composite deposition and non uniform deposition around clean tube have been investigated. Finite difference method and finite element method (ANSYS) were used for solutions of fouling geometry. Temperature distributions and heat transfer rates were determined for different deposition models. Key Words : Heat exchanger, Fouling, Finite difference method, Finite element method,ANSYS