Dalgalı yüzeyli levhalar arasında ısı geçişinin deneysel ve sayısal incelenmesi

Abstract

Anahtar kelimeler Dalgalı geometri. ısı taşınım katsayısı, sonlu eleman I cvbalı ısı değiştiricilerinin esasını oluşturan dalgalı yüzeyli iki levha arasında ısı geçişi ve basınç düşüşü deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir Levhah ısı değiştiricileri paralel şekilde yerleştirilmiş dalgalı yüzeyli levhaların bir araya getirilmesiyle oluşturulur. Levhalar arasındaki dalgalı geometri sayesinde akış esnasında akışkanın yönü ve hızı sürekli olarak değişmekte, bu sayede. ısı geçişini arttıran türbülansh akışlara düşük Reynolds sayılarında (Rc=500) ulaşılmaktadır Günümüzde levhah ısı değiştiricileri, konutlarda sıcak su temininde, yüzme havuzlarının ısıtılmasında, endüstride hidrolik yağın ve benzeri akışkanların soğutulmasında, soğutma ve ısı geri kazanımında, yer sorunu olan ve temizlik gerektiren y erlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. .Akış doğrultusunda periyodik kesit alanına sahip olan kanallarda, akışın düz kanallara göre daha kısa mesafede ve çabuk geliştiği anlaşılmıştır. Üç ile beş haneden sonra akışın tam geliştiği kabul edilir ve dalgalı yüzeyli geometriler arasındaki gelişmiş akışa, periyodik tam gelişmiş akış ifadesi kullanılır. Akış tam geliştikten sonra hız ve sıcaklık alanları periyodik olarak aynı değerleri alarak tekrarlar. Bu çalışmada tam gelişmiş akış ve sabit yüzey ısı akışı için, dalgalı yüzeyli levhalar arasında akmakta olan akışkanın(hava) ısı taşınım katsayısı ve basınç düşüşü deneysel olarak incelenmiştir. Söz konusu geometrilerde akışın karmaşık oluşu yerel ısı geçiş katsayısını etkiler. Deneysel olarak incelenen levhaların ısıl bir modeli yapılmış ve bu model, sonlu elemanlar yöntemiyle çözüm yapan ANSYS yazılım programı, Sayısal Akışkanlar Dinamiği Modunda (CFD) kullanılarak, söz konusu incelemeler sayısal olarak da yapılmıştır. Deneysel ve sayısal sonuçlar karşılaştırılmış ve sonuçların uyum içinde olduğu gözlenmiştir. Ayrıca deneysel sonuçlar için belirsizlik analizi yapılmış, hata yüzdeleri verilmiştir. Yuvarlatılmış uçlu dalgalı geometrili kanallar arasındaki akışlarda. ısı taşınım ve sürtünme katsayılarında, sivri uçlu dalgalı geometrilere göre azalma olmaktadır. Kanal aralığı arttıkça ısı taşınım katsayılarında ve basınç kayıplarında azalma olmaktadır ancak sürtünme katsayısı artmaktadır. Isı geçişini iyileştiren dalgalı yüzeyli kanallar, yüksek ısı geçişi gerektiren uygulamalar için tercih edilebilir

EXPER1MENTAI. and NUMERİCAL ANALYSİS OF HEAT TRANSFER İN CORRUGATED DUCT Keyvvords: Corrugated duct, convection heat transfer, fınitc element. Experimental and numerical analysis were made to determine convection heat transfer and pressure drop charactcristics for corrugated ducts vvhich are basic channel geomctry in plate heat exchanger because of their efficient heat exchange capabilities. Plate heat exchanger are frequently found in a wide range of heating and cooling applications in the food, electronic and Chemical industries, as well as in many wastewatcr treatment applications. They consist of pack of rcctangular pressed plates. suspended vertically and clamped together in a frame by tie bars or screvvs. The plates produce turbulcnce at lovv velocities(Re=500) because the tluid flovv with many abrupt changes in direction and velocities. The turbulence, created by the shape of the plate pattem. reduces the liquid film resistance to heat transfer more efficiently than turbulence created by high flow rates and pressures in conventional heat exchangers. In the periodically corrugated duct. after a short distance; three to fıve cycle from the entrance. the periodic fully developed velocity field repeats itself at corresponding axial stations in successive cycles. A typical solution domain, consists of identical geometrical modules. The flow and thermal fıclds allow the limitation ofthe analysis to a single modüle for numerical analysis. The forced convection heat transfer coeffıcients and friction factor in corrugated ducts vvere determined experimentally for air, in the Reynolds numbers range of 1200-4000. İn addition. Using ANSYS ünite element softvvare vvith CFD codes (Computational Fluid Dynamic), numerical analysis vvere made for the problems, assumed to be tvvo-dimensional with constant properties of air and compared vvith experimental data. The experimental and numerical resuits are good agreement. The rounded peak edges resulted in a drastic decrease in the friction factor and only a slight decrease in the heat transfer coefücients as compared vvith sharp edges. The heat transfer coefficient for the larger intenvall spacing vvas slightly lovver than for the smaller intenvall spacing but the pressure drop vvas also lovver. İt should be noted that a high level of heat transfer enhancement occurs vvhen compared to the conventional parallel plate channel. This enhancement projets the corrugated duct as a strong candidate for high heat flux applications.