Contalı levha tipi plakalı ısı değiştirgeçlerinin deneysel performans analizi

Abstract

Günümüzde enerji kayıplarını en aza indirmek ve mümkün olan en yüksek verimlerde çalışmak mühendislik uygulamalarının birinci önceliği haline gelmiştir. Bunun sonucu olarak ısı transferini artırmaya yönelik çalışmalar gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmalara bağlı olarak ısı transferi alanında kullanılan ısı değiştirgeçlerinin tasarımları, şekilleri ve etkinlikleri gün geçtikçe yenilenmekte ve gelişmektedir. Bu gelişmeler sonucunda ortaya çıkan plakalı ısı değiştirgeçleri gün geçtikçe yaygınlaşmakta ve diğer tipteki ısı değiştirgeçlerinin yerini almaktadır. Bu tez çalışması contalı plakalı ısı değiştirgeçlerinin ısıl ve hidrodinamik performans analizleri üzerine gerçekleştirilmiştir. Bu tezin konusu contalı plakalı ısı değiştirgeçleri için deney düzeneği tasarımının yapılıp, kurulması ve bu tip ısı değiştirgeçlerinin ısıl ve hidrodinamik performansının deneysel olarak incelenmesidir. Bu kapsamda TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Makine Mühendisliği Laboratuvarı'na deney düzeneği kurulmuş ve bu deney düzeneği kullanılarak chevron tipi endüstriyel plakalar için farklı koşullarda deneyler yapılmıştır. Geniş bir Reynolds sayısı aralığında, 450 ile 5250 arasında, deneyler yapılmıştır. Isı değiştirgeçlerinin ısıl ve hidrodinamik karakteristiklerini incelemek için, giriş ve çıkışlarında sıcaklık ölçümleri, hem sıcak hem de soğuk akışkan için hacimsel debi ölçümleri ve giriş-çıkış portları arasındaki basınç düşümü ölçümleri yapılmıştır. Performans analizleri sonucunda, test edilen plaka için, ısı transferi hesaplamalarında kullanılmak üzere Nusselt sayısının ve basınç düşümü hesaplamalarında kullanılmak üzere sürtünme katsayısının Reynolds sayısına bağlı empirik formülleri bulunmuştur. Elde edilen sonuçlar birbirleriyle ve literatürdeki bazı korelasyonlarla karşılaştırılmıştır. Bulunan yeni korelasyonlar literatürdeki korelasyonlarla benzer eğilimlerde sonuçlar göstermektedir.

Decreasing the energy losses to minimum and working with the maximum efficiencies have become the first priority in engineering applications. Hence, researches are done to increase heat transfer. In consequence of these researches designs, shapes and efficiencies of heat exchangers which are used in heat transfer applications are renewed and developed day by day. As a result of these progresses, plate heat exchangers are emerged and become widespread and replace other types of heat exchangers. This thesis is about thermal and hydrodynamic performance analysis of gasketed-plate heat exchangers. This thesis includes the design and setting up of a gasketed plate heat exchanger test set-up, where thermal and hydrodynamic experimental analysis of gasketed plate heat exchangers are done. Hence, a set-up is constructed at the TOBB University of Economics and Technology Mechanical Engineering Labrotory and experiments are done for industrial type chevron plate heat exchangers under different conditions by using this set-up. Experiments are performed for a wide range of Reynolds numbers between 450 and 5250. To investigate the thermal and hydrodynamic characteristics of heat exchangers, measurements of temperatures at the inlets and outlets, measurments of volumetric flow rates for both hot and cold fluids, and measurements of pressure drops between inlet and outlet ports are done. As a result of these analysis specific Nusselt number correlations for heat transfer analysis and friction factor correlations for pressure drop calculations are found for each plate tested as a function of Reynolds number. The obtained results are compared with each other and with some of the existants correlations in the literature. The new correlations show similar trends with the correlations in the literature.