Basınçlı hava kurutucusu ısı geri kazanım ünitesi ısı değiştiricisi tasarımı ve had kullanarak sayısal analizi

Abstract

Bu çalışmada, plaka kanatçık tipi kompakt ısı değiştiricilerin dar kanalları arasındaki akış ve ısı transferi nümerik olarak incelenmiştir. Üç boyutlu nümerik analizlerde laminer ve türbülanslı akış göz önüne alınmıştır. Türbülanslı akış, hem genişletilmiş duvar fonksiyonu özelliği ile kullanılan RNG k- modeli hem de düşük Re sayısı korelasyonu özelliği ile kullanılan SST k- modeli ile analiz edilmiştir. Kanatçıklardaki ısı iletimi ve akışkan ile kanatçık yüzeyi arasındaki ısı taşınımı eş zamanlı olarak çözdürülmüştür. Analizler, akış kanallarının 2 ile 8 arasındaki farklı boy/en oranına sahip kesit geometrileri için 500 ile 5000 arasındaki geniş bir Reynolds aralığında tekrarlanmıştır. Plaka kanatçık tipi kompakt ısı değiştiricilerinin ısıl performansının belirlenmesi için gerekli olan akışın gelişme bölgesindeki yerel sürtünme katsayısı ve Nusselt sayısı değerleri elde edilmiştir. Nümerik sonuçlar literatürden alınan deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Düşük Re sayısı korelasyonu ile birlikte kullanılan SST k- modelinin çalışmada ele alınan tüm Reynolds aralığı için en uygun sonuçları verdiği görülmüştür. BHK sisteminde, ısı geri kazanımı için faklı tipte kanatçıklardan oluşabilen plaka-kanatçık tipi kompakt ısı değiştiricileri tercih edilmektedir. Isı değiştiricisi malzemesi olarak da alüminyum veya bakır kullanılmaktadır. Plaka-kanatçık tipi ısı değiştiricilerinin paralel kanat, dalgalı kanat, offset-strip (kayık eksenli) kanat ve oyuklu kanat uygulamaları mevcuttur. Paralel kanatlı ısı değiştiricisinin üretimi diğer kanatçık uygulamalarından daha kolay ve ucuzdur. Bu tez çalışmasının amacı, BHK sistemlerinde kullanılan ısı değiştiricilerinin ekonomiklik ve performans açısından boyutsal optimizasyonun sayısal analizler yardımı ile gerçekleştirilmesidir.

In this study, the fluid flow and heat transfer inside the Plate-Fin compact heat exchanger passages with the small hydraulic diameters are investigated numerically. In the three dimensional numerical analysis, both laminar and turbulent flows are considered. Turbulent flow is modeled with the RNG k- model with the enhanced wall treatment and the Shear Stress Transport (SST) k- model with a low-Reynolds-number correlation. Heat conduction in the fin and convection in the fluid are analyzed simultaneously as a three dimensional conjugate problem. Various duct aspect ratios from 2 to 8 are considered with a wide range of Reynolds numbers from 500 to 5000. The friction coefficients and Nusselt numbers in the developing region for these passages are obtained, which can be used in estimation of heat transfer performance in plate-fin compact heat exchangers. Obtained numerical results are validated with the experimental data taken from the literature. It is shown that the numerical results obtained by the use of the SST k- model with a low-Reynolds-number correlation shows a good agreement with the experimental data over whole the Reynolds number range considered in this study.