Kompresörlerin ara soğutucularındaki boru diziliş şeklinin akışa etkisi ve optimizasyonu

Abstract

Önümüzdeki yüzyıllarda büyük enerji sıkıntılarının ortaya çıkma ihtimalinin belirmesi nedeni ile çağımızın en önemli konusu, enerji tasarrufunun geliştirilmesi haline gelmiştir. Bu amaçla, hemen her makinenin verimliliğinin arttırılması üzerine çalışmalar yapılmaktadır.Sanayide yaygın olarak kullanılan kompresörlerin, verimlerinin arttırılması bu yolda atılacak en önemli adımlardan biridir. Kompresör verimini arttırmanın en kısa yolu, basınçlandırdığı akışkanın soğutulmasıdır. Bu şekilde volümetrik verimi artacak olan kompresör aynı basınçta daha fazla hava üretecek konuma geçecektir.Soğutma işlemi, ısı değiştiricileri vasıtası ile yapılmaktadır. Birçok ısı değiştiricisi tipi bulunmakla birlikte, yaygın olarak kullanılan tip, kanatlı ? borulu ısı değiştiricileridir. Kanatlar vasıtası ile yüzey alanı arttırılabilinen bu ısı değiştiricileri, hem basit konstrüksiyonları, hem de birçok işletme koşullarına uyum sağlayabilmeleri açısından sıkça tercih edilmektedirler.Bu çalışmada, kanatlı ? borulu ısı değiştiricilerinin en yüksek verimde çalışacak şekilde dizayn edilebilmeleri için gerekli optimizasyonlar, bilgisayar destekli hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile yapılmıştır. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği programı olarak Fluent 6.3.26 programı kullanılmıştır.Öncelik olarak, programın istenilen değerleri sağladığından emin olmak amacı ile daha önce deneysel olarak yapılmış çalışmalar Fluent programı ile tekrardan analiz edilecek ve deneysel sonuçlara yakınsamalar incelenmiştir. Bu amaçla, N. Adil ÖZTÜRK tarafından 2006 yılı içerisinde yapılan, tek silindirli ve çok silindirli sistemler etrafındaki akış incelemeleri kullanılmıştır. Yapılan analizler sonucunda istenilen yakınsamaların sağlandığı görülmüş ve kanatlı ? borulu ısı değiştiricilerinin optimizasyonu çalışmalarına başlanılmıştır.Yapılan çalışmalarda, ısı değiştiricisinin geometrik parametrelerinden silindir çapı, kanat aralığı ve silindir merkezleri arasındaki uzaklık değerleri sabit tutulup, silindir merkezleri arasındaki açının değiştirilmesi suretiyle ısı transferinin ve oluşan basınç farkının gelişmesi incelenmiştir.Çalışmaların sonucu olarak maksimum ısı transferinin 200'de gerçekleştiği, saptanmıştır. Ancak, aynı açıda, basınç düşüşü maksimum seviyede olmaktadır. Açının yükselmesi ile hem ısı transferi, hem de basınç farkı düşmeye başlamıştır. Çalışma sonucu elde edilen 200 ? 450 arasındaki açılardaki Nusselt ve Basınç Farkı grafikleri kullanılarak, mevcut işletmelerin yapısına uygun optimum sistemin seçilmesi mümkün olmaktadır.2008, 97 sayfaAnahtar Kelimeler: Isı Değiştiricileri, Fluent, Optimizasyon, Nusselt Sayısı

Efficiency became the biggest topic of our century because of the energy gap possibility in the future. To prevent from this serious problem, everyone consider how to increase the efficiencies of the machines.It will be one of the biggest steps to increase the efficiency of the compressors that are used commonly at the industry. Cooling down the fluid that is pressurized by the compressor at inlet is the easiest and the most effective way. By this way, compressor will be able to blow much more fluid at the same pressure, which means increased volumetric efficiency.Cooling the fluid is done by the heat exchangers. Even there are lots of heat exchanger types, plate ? fin tube heat exchangers are the most common one. With the plate fins, surface area can be easily increased, and they have simple contruction principles and these machines are suitable almost every type of process.At this thesis study, the optimizations that make plate fin ? tube heat exchangers work more efficiently has been done by computational fluid dynamics program Fluent 6.3.26.At first, it has been proved that Fluent works properly and gives good results, by examining an experimental study that has been done before. The experiment which involves flow around single and multiple cylinders which has been studied by N. Adil ÖZTÜRK in 2006 has been selected for proving. Fluent has given enough close results that allow us to start for the optimization studies.At the study, some of the geometrical properties of the system, diameter of the cylinders, distance between fins, distance between the centers of the cylinders etc., have been fixed and the angle between the centers of the cylinders has been changed and heat flux and pressure difference were examined at every angle.At the result, although it has been seen the highest heat flux occurs at 200, the highest-pressure drop has been occurred at the same angle. With increase at the angle, both heat flux and pressure drop goes down. With the help of the pressure drop and heat flux graphics according to angle, it is easy to determine the optimum angle for heat exchangers at every type of process.2008, 97 pagesKey Words: Plate Fin ? Tube Heat Exchangers, Fluent, Optimization, Nusselt Number