Gövde borulu tip ısı değiştiricilerin optimizasyonu ve CFD analizi

Abstract

Gövde borulu tip ısı değiştiricileri sanayinin birçok alanında kullanılmaktadır. Bu tip ısı değiştiricilerin tasarımı, imalatı ve bakımı kolaydır. Bu nedenle ısı değiştiricilerin termal ve ekonomik açılardan optimizasyonu önemlidir. Bu çalışmada, minimum maliyet esasına göre (ilk yatırım + işletme maliyetleri) bir optimizasyon işlemi incelenmiştir. Daha sonra optimize edilmiş ısı değiştirici uygulamalı akışkanlar mekaniği (CFD) kullanılarak ekipman içinde sıcaklık dağılımı ve akış alanı ortaya çıkarılmıştır. Deney düzeneği oluşturulmuş ve CFD sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Analiz sonucunda gövde tarafı akış alanında saptırıcıların önemli bir rol oynadığı sonucuna varılmıştır. Yeni saptırıcı geometrisinin, gövde tarafında ısıl performansta bir azalmaya neden olmadığı görülmüştür. Bu yüzden yeni saptırıcı modeli önerilmiştir. Sonunda hesaplamaların tümü Java kodları kullanılarak bilgisayar kodu haline getirilmiştir.

The Shell-and-tube type heat exchangers are widely used in many fields of industry. These types of heat exchangers are generally easy to design, manufacturing and maintenance. Therefore the optimization of such heat exchangers from thermal and economical points of view is of particular interest. In this paper, an optimization procedure based on the minimum total cost (initial investment plus operational costs) has been applied. Then the flow analysis of the optimized heat exchanger has been carried out to reveal possible flow field and temperature distribution inside the equipment using computational fluid dynamics (CFD). The experimental setup has made and results has compared with CFD results. It has been concluded that the baffles play an important role in the development of the shell-side flow field. This prompted us to investigate new baffle geometries without any reduction in the thermal performance, and hence a new baffle geometry has been proposed. Finally, the whole procedure of the calculations has been converted into a computer code using JAWA.