Spiral borulu LPG buharlaştırıcının CFD modellemesi ve performans değerlendirmesi = CFD modeling and performance evaluation of spiral tube LPG vaporizer

Abstract

Sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG) ısıtma, sıcak su, elektrik üretimi, yakıt, ulaşım, tarım ve ticaret dahil birçok endüstride çeşitli uygulama alanına sahiptir. Kullanım alanının geniş olması çok kısa sürede çok miktarda sıvılaştırılmış petrol gazı ihtiyacı doğurur ve dolayısıyla LPG'yi sıvı fazdan gaz fazına dönüştürmek için evaporatörler (buharlaştırıcılar) kullanılır. Bir evaporatörün görevi bir sisteme sabit hızla gaz fazının sevk edilmesini sağlamaktır. Bu tez kapsamında ele alınan evaporator tipi elektrik kaynaklı LPG buharlaştırıcısıdır. Bu tip evaporatörlerde ısı transfer sıvısı gerekmez. Bu şekilde, bu sıvının depolanması gibi ek maliyetler ortadan kalkar. LPG'nin buharlaşması için gerekli ısı enerjisi bir rezistans kullanılarak sağlanır. Evaporatör bir alüminyum döküm içerisine gömülen spiral boru ve ısıtıcıdan meydana gelir. Minimal tasarımı ve patlayıcı ortama uygun olması ile proses için en uygun ölçülerde üretimesi gerekmektedir. Bu tip evaporatörler standart evaporatörlere kıyasla, daha az bakıma ihtiyaç duymaları nedeniyle tercih sebebidirler. Bu çalışmada; LPG evaporatörlerinin yapısal tasarımında ihtiyaç duyulan proses parametreleri ile tasarım parametreleri arasındaki ilişkinin ortaya konulması, ihtiyaç duyulan teknik verilerin açığa çıkarılması hedeflenmiştir. İki farklı kapasitede buharlaştırıcı prototipi kullanılarak LPG buharlaştırıcısının, farklı giriş koşullarında deneysel çalışması ve HAD analizi gerçekleştirilmiştir. Çalışmada farklı ısı transfer alanlarına sahip olan spiraller karşılaştırılarak analizi yapılan modeller arasında maksimum performanslı buharlaştırıcının sonuçlarına varılmıştır.

Liquefied petroleum gas (LPG) has various applications in many industries including heating, hot water, electricity generation, fuel, transportation, agriculture and trade. A large area of use creates a need for a large amount of liquefied petroleum gas in a very short time, and therefore evaporators (vaporizer) are used to convert LPG from liquid phase to gas phase. The task of an evaporator is to ensure that the gas phase is delivered to a system at constant speed. The evaporator type covered in this thesis is an electric source LPG evaporator. This type of evaporator does not require heat transfer fluid. In this way, additional costs such as storing this liquid are eliminated. The heat energy required for the evaporation of LPG is provided by using a resistor. The evaporator consists of a spiral pipe and heater embedded in an aluminum casting. Due to its Minimal design and suitable for explosive environment, it must be produced in the most suitable dimensions for the process. These types of evaporators are preferred compared to standard evaporators because they need less maintenance. In this study, it is aimed to reveal the relation between the process parameters needed in the structural design of LPG evaporators and the design parameters and to reveal the technical data needed. Numerical and CFD analysis of the flow of the LPG evaporator under different inlet conditions was carried out using two different capacity evaporator prototypes. In the study, the results of the maximum performance evaporator were reached among the models analyzed by comparing spirals with different heat transfer areas.