Sekiz başlangıç spiralli tüpün akış karakteristiği ve termal analizi

Abstract

Günümüzde fosil enerji kaynaklarının tükenme durumuna gelmesinden dolayı enerji verimliliği farkındalığı artmıştır. Bu yüzden bu çalışmada da sanayide geniş kullanım alanı bulunan dalgalı kanalların termal performansı ve akış karakteristiği üzerine nümerik analiz gerçekleştirilmiştir. Ayrıca farklı oluk yükseklikleri (e) ve sarmal adımlarındaki (p) sekiz spiralli tüpler için uygun bir konfigürasyon aranmıştır. Analizler 20000-60000 Reynolds aralığında beş farklı Re için gerçekleştirilmiştir. 16 adet sekiz spiralli, 1'er adet altı spiralli ve düz tüp modeli kullanılmıştır. Akışkan olarak 290 Ko sıcaklığında ki su kullanılmıştır. Tüplerin çeperlerine ise 330 Ko sabit sıcaklık konulmuştur. Modeller Solidworks programı kullanılarak oluşturulmuştur. Analizler de Ansys Fluent programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Öncelikle çapı 8 mm olan düz tüpün analizi 60000 Re için gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar ampirik formüllerle kıyaslanmıştır. Bu kıyaslama sonunda elde edilen en yüksek fark %5.5 olmuştur. Daha sonra artırılmış çapları 8 mm, e = 0.75 mm ve p= 35 mm olan altı ve sekiz spiralli tüplerin 60000 Re'de analizleri gerçekleştirilip düz tüp ile kıyaslanmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda sekiz spiralli tüpte 60000 Re'de düz tüpe kıyasla Nusselt sayısında %5.12'lik bir iyileşme görülmüştür. Ancak sekiz spiralli tüpün sürtünme faktörü de düz tüpün sürtünme faktöründen %24 fazla çıkmıştır. Ayrıca sekiz spiralli tüpler hem spiral çaplarına göre hem de spiral adımlarına göre ayrı ayrı incelenmiştir. Bu incelemeler sonunda sarmal adımı 35 mm, 37.5 mm, 40 mm ve 42.5 mm olan tüplerde en yüksek sürtünme faktörü 1 mm spiral çaplı ve en yüksek Nusselt sayısı da 1.25 mm oluk yüksekliğindeki tüpte elde edilmiştir. Ayrıca oluk yüksekliği 0.75 mm olan tüplerde en yüksek sürtünme faktörü 35 mm sarmal adımında ve en yüksek Nusselt sayısı da 37.5 mm sarmal adımında elde edilmiştir. Oluk yüksekliği 1 mm olan tüplerde ise en yüksek sürtünme faktörü 35 mm sarmal adımında en yüksek Nusselt sayısı ise 37.5 mm sarmal adımında elde edilmiştir. Oluk yüksekliği 1.25 mm ve 1.5 mm olan tüplerde ise en yüksek sürtünme faktörü ve en yüksek Nusselt sayısı 35 mm sarmal adımında elde edilmiştir. Sonuç olarak en iyi konfigürasyonun oluk yüksekliği 1.25 mm ve sarmal adımı 35 mm olan tüpte olduğu görülmüştür.Anahtar Kelimeler : Dalgalı Kanallar, Spiralli Tüpler, Sekiz Spiral, Akış Karakteristiği, Termal Performans

Today, due to the depletion of fossil energy sources, the awareness of energy efficiency has increased. Therefore, in this study, numerical analysis on the thermal performance and flow characteristics of the corrugated channels with wide usage area in the industry was carried out. In addition, a suitable configuration for different corrugation heights (e) and spiral pitches (p) of eight spiral tubes is investigate. The analyses were performed for five different Re in the Reynolds range of 20000-60000. Sixteen eight spiral and six spiral and straight tube models were used. Water at a temperature of 290 Ko was used. 330 Ko constant temperature was employed on the walls of the tubes. Models were created using the Solidworks program. The analyses were performed using the Ansys Fluent program. First, the analysis of the flat tube with a diameter of 8 mm was carried out for 60000 Re. The results were compared with empirical formulas. The highest error obtained at the end of this comparison was 5.5%. Then, six and eight spiral tubes with enhanced tube diameters of 8 mm, e = 0.75 mm and p = 35 mm were analysed at 60000 Re and compared with flat tube. As a result of this comparison, an improvement of %5.12 in the Nusselt number was observed in the eight spiral tubes compared to the flat tube at 60000 Reynolds. However, the friction factor of the eight spiral tubes was %24 higher than the friction factor of the flat tube. In addition, eight spiral tubes were examined separately according to corrugation heights and spiral pitches. At the end of these investigations, the highest friction factor was found in tubes with spiral pitch of 35 mm, 37.5 mm, 40 mm and 42.5 mm, with a corrugation height of 1 mm and the highest Nusselt number of 1.25 mm in corrugation height tube. In addition, the highest friction factor in corrugation height of 0.75 mm tubes was obtained in 35 mm spiral pitch and the highest Nusselt number was obtained in 37.5 mm spiral pitch. The highest friction factor was found in the 35 mm spiral pitch in tubes with a corrugation height of 1 mm while the highest Nusselt number was obtained in the spiral pitch of 37.5 mm. The highest friction factor and the highest Nusselt number were obtained in the 35 mm spiral pitch in tubes with a corrugation height of 1.25 mm and 1.5 mm. As a result, the best configuration was found in the tube with a corrugation height of 1.25 mm and a spiral pitch of 35 mm.Key Words : Wavy Ducts, Spiral Tubes, Eight Spirals, Flow Characteristics, Thermal Performance