Plaka tipi ısı değiştiricilerin matematiksel modellemesi ve dinamik simülasyonu

Abstract

Plakalı bir ısı değiştiricisinde, zamanla değişen sıcak su giriş debisinin sistemdeki diğer bir akışkan olan soğuk su çıkış sıcaklığına etkisi incelendi. Bunun yanısıra eşanjör sisteminde plaka sayısında ki artışın çıkış suyu sıcaklığına etkisi de çalışılmıştır. Literatürden bugüne kadar plakalı ısı değiştiricisinin matematiksel model çalışmaları titizlikle incelenmiş ofup, geliştirilen bu modellerden konvansiyonel plug akış modeli ve dispersiyon (dağılım) modeli üzerinde çalışılmaya karar verilmiştir. Matematiksel modellerin modele dayalı kontrol sistemlerinden biri olan PID kontrol edicili klasik geri beslemeli kontrol sisteminin sıcaklık kontrolü için performansı gözlemlenmiştir. Prosese verilen basamak etkisine karşı sistemin verdiği tepki eğrisi elde edilmiştir. Konvansiyonel plug akış modelinin, dispersiyon modeline sistem de verilen bir basamak etkisine karşı çıkış suyu sıcaklığında istenen sıcaklığa ulaşma cevabı karşılaştırılmıştır. Proses tepki eğrilerinin elde edilmesinde MATLAB paket programından yararlanılmıştır. Yapılan matematiksel model karşılaştırılmaları sonucun da dispersiyon modelinin istenen soğuk su çıkış sıcaklığında kararlı hale gelme uzun zaman almaktadır ama amaçlanan sıcaklığa ve uniform şekle en iyi şekilde ulaştığı saptanmıştır. Plug akış modelinde ise amaçlanan sıcaklığa daha kısa sürede ulaşılmakla birlikte sistemde istenmeyen sapmalarda gözlenmiştir. Sonuçta plakalı bir ısı değiştirici için, dispersiyon modelin istenen amaca ulaşmada diğer metotlara karşın daha sağlıklı sonuçlar verdiği saptanmıştır.

In plate heat exchangers, effects of time independent hot water inflow onto cold water, another fluid in the system, outflow temperature is examined. In addition, in heat exchanger systems effects of increasing number of plates on the outflow temperature is studied. In literature, mathematical models of heat plate exchangers were carefully investigated. Among the existing developed models, it has been decided to work on conventional plug flow and dispersion model. Among the classical back forward control systems performance of PID, model dependent control system in mathematical models, system against the temperature control was observed. Furthermore response curve of the system due to effect of step change was obtained. Conventional plug flow model and dispersion model were compared to desire outflow temperature for a given step changes in the system. MATLAB program was used in order to obtain processes response curve. Comparisons of mathematical results showed that dispersion model takes longer time to reach steady state for desired outflow temperature. But it has been observed that it is superior to other in respect to reach target temperature and uniform state. It is noted that plug model takes longer time to reach steady target temperature and produces undesirable deviations. As a conclusion for a plate heat exchanger, dispersion model produced better results than the other models for desired target values.