Küçük ölçekli paralel plakalı ısı eşanjörlerinde duvar iletimi için indirgenmiş dereceli bir modelin geliştirilmesi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: GİZEM KAHRAMAN GİRAY
Danışman: Derya Burcu Özkan
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Isı eşanjörü modellerinin çoğu klasik ısı eşanjörü yaklaşımını veya bazı varsayımlarını kullanmaktadır. Bu modeller, duvar yapısındaki boylamasına ısı iletimini ve kullanılan adyabatik duvar sınır koşulu varsayımının bir sonucu olan uç duvarlardaki ısı transferini hesaba katmaz. Büyük ölçekli ısı eşanjörleri için klasik ısı eşanjörü modelleri termal performans için yaklaşık olarak doğru tahminler verse de, akış kanallarının uzunluğu azaltıldığında, akışkan akışları arasındaki plaka boyunca eksenel ısı iletimi (LHC) nedeniyle termal verimlilik azalır. Bu çalışma, ısı eşanjörü yapısı içindeki ısı iletim etkilerini yakalamak için küçük ölçekli ısı eşanjörü modellemesine daha ayrıntılı bir sayısal yaklaşım sunmaktadır. Bu çalışmada elde edilen hibrit GITT modeli, denklemleri kesit yönünde İntegral Dönüşüm Tekniği (ITT) ve x yönünde klasik bir ayrıklaştırma tekniği olan sonlu farklar yöntemi (FDM) aracılığıyla ayrıklaştırmakta ve plaka için eksenel yön boyunca boylamsal ısı iletimini (LHC) dikkate almakta, böylece uç duvarlarda adyabatik duvar sınır koşulu varsayımını kullanmamaktadır. Hibrit GITT model denklemleri geleneksel ısı değiştirici modelleme varsayımları olmadan uygulanmıştır. Hibrit GITT modelinin HAD sonuçları ile doğrulanmasının ardından, hibrit GITT modeli ile elde edilen çözüm, klasik ısı eşanjörü modelleme varsayımlarının bazı koşullar için performans tahminlerinin doğruluğu üzerindeki etkisini değerlendirmek için kullanılır. Çalışma, sayısal şemanın bir sunumunu, doğrulamayı ve geleneksel ısı eşanjörü modeli varsayımlarının etkisini test eden bir çalışmayı içermektedir. Araştırmalar, hem dengesiz hem de neredeyse dengeli ters akışlı ısı eşanjörlerinin eksenel iletimden kaynaklanan en ciddi performans bozulmasını göstermektedir. Ters akış konfigürasyonları için eksenel iletimli yığın parametreli ısı eşanjörü teorisi kullanılarak sınır koşulları için gerçekçi durumlar elde edilmiştir. Sıcak ve soğuk akışkanların sıcaklık dağılımları hesaplanmış ve daha sonra duvar yüzeyi sıcaklık dağılımları konveksiyon ve iletim dirençleri kullanılarak hesaplanmıştır. Isı kapasitesi akış oranı ve NTU, Logaritmik Ortalama Sıcaklık Farkı (LMTD) veya etkinlik-Transfer Birimi Sayısı (e-NTU) yöntemleri gibi yığın yöntemlerde en ilgili boyutsuz parametrelerdir. Artan NTU ve ısı kapasitesi oranı değerleri ile yığın (Lumped) modelin hata oranlarının özellikle uç duvar yakınında artan bir eğilim sergilediği görülmüştür. GITT modelinde kullanılan düşük mertebeli yaklaşıma rağmen, GITT modelinin yığın modelden elde edilen sonuçlara kıyasla en büyük hataları azaltmaya izin verdiğini görmekteyiz. Sonuçlar, boylamsal ısı iletiminin (LHC) küçük ölçekli ısı eşanjörü performans hesaplamaları üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu ve hibrit GITT modelinin yığın modele kıyasla hata kontrolüne izin verdiğini ve daha doğru sonuçlar verdiğini göstermektedir.