Gövde Borulu Isı Değiştiricilerinde Şaşırtma Levhası Etkisinin Analitik ve Sayısal Analizi

Abstract

Gövde–boru tipi ısı değiştiricilerinin analitik tasarımları Kern yöntemiyle gerçekleşmektedir.Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yazılımlarının gelişmesi ile birlikte ısı değiştiricileri HAD yardımıylada tasarlanabilmektedir. Bu çalışmada model olarak seçilen küçük boyutlardaki bir gövde-boru tipi ısı değiştiricitasarlanmıştır. Modellemede bir gövde, bir boru geçişli ısı değiştirici kullanılmış ve sızıntı etkileri ihmaledilmiştir. Yapılan çalışmada gövde içindeki boruların yüzey sıcaklığı sabit kabul edilmiş, sadece gövde tarafıakış analizi gerçekleştirilerek, ısı taşınım katsayısı ve akış özellikleri incelenmiştir. Farklı akış hızları, türbülansmodelleri, şaşırtma levha sayıları ve şaşırtma levha kesme oranları kullanılarak gövde tarafı basınç düşümleri veısı taşınım katsayıları için ANSYS Fluent programında HAD analizleri yapılmış ve tek parçalı şaşırtma levhalarıiçin elde edilen sayısal sonuçlar Kern analitik yönteminden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Sayısal veanalitik veriler karşılaştırıldığında şaşırtma levhası kesme oranı, levhalar arası mesafe arttıkça ısı taşınımkatsayısı, basınç düşümlerinin azaldığı görülmüştür. Türbülans modellerinin karşılaştırılmaları yapılıp daha iyisonuç veren k-ε türbülans modeli diğer analizlerde kullanılmıştır.

Shell–tube heat exchanger designs were performed by Kern methods. With the development ofcomputational fluid dynamics (CFD) software, heat exchangers can be also designed with the help of CFD. Inthis work, a small size shell - tube type heat exchanger selected as a model was designed. In modelling, heatexchanger with one shell pass and one tube pass was used and leakage effects have been neglected. Surfacetemperature of tube surfaces was assumed constant, only shell side flow analysis was performed and shell sideheat transfer coefficient and flow properties were investigated. CFD analysis were performed by using ANSYSFluent to determine the pressure drop and heat transfer coefficient by using different flow velocity values,turbulence models, baffle number, baffle cuts and numerical results obtained for single baffle were comparedwith Kern analytical method results. When the numerical and analytical data were compared, it was seen that thebaffle cut, the heat transfer coefficient and pressure drops decreased as the distance between the baffles increased.Comparisons of turbulence models were made and the k-ε turbulence model, which gives better results, was usedin other analyzes.