BORU DEMETİ ISI DEĞİŞTİRİCİLERİNDE FARKLI BORU ÇAPI KULLANIMININ AKIŞ VE ISI TRANSFERİNİ İYİLEŞTİRMEYE ETKİSİ

Muhammet Nasıf Kuru; Mehmet Tahir Erdinç; İlyas Karasu; Şaban Ünal

doi:10.17780/ksujes.1244995

EN TR

THE EFFECT OF USE OF DIFFERENT DIAMETER ON IMPROVEMENT OF FLOW AND HEAT TRANSFER IN TUBE BANK HEAT EXCHANGERS

Abstract

In tube bank heat exchangers, heat transfer is carried out with another fluid which is passed around in the cross direction to the fluid inside the tubes. The fluid that passes through the outside of the tube in the cross direction is also mostly gas fluids. In tubes placed one after another, the highest heat transfer is usually obtained in the first tube. The heat and flow characteristics become similar to each other after the first tube. In this case, periodic flow is obtained by repeating the velocity and temperature contours. Ensuring that the boundary layer is constantly renewed in successive tubes allows obtaining high heat transfer in the other tubes, as in the first tube. While improving heat transfer, the most important problem is the increase in pressure drop. In this study, a numerical optimization was carried out in order to increase the heat transfer and reduce the pressure drop by using tubes of four different diameters placed in an in-line arrangement. Comparisons are made assuming that the heat transfer surface area is constant and the longitudinal and transversal distances between the tubes are the same. If the diameters of four tubes are placed successively where D_1=5 mm,D_2=15 mm,D_3=6 mm,D_4=14 mm, the heat transfer increases by 14.5% and the pressure drop increases by 377%.

Keywords

BORU DEMETİ ISI DEĞİŞTİRİCİLERİNDE FARKLI BORU ÇAPI KULLANIMININ AKIŞ VE ISI TRANSFERİNİ İYİLEŞTİRMEYE ETKİSİ

Öz

Boru demeti ısı değiştiricilerinde, boruların içindeki akışkana çapraz yönde etrafından geçirilen başka bir akışkan ile ısı transferi gerçekleştirilir. Boru dışından çapraz yönde geçirilen akışkan çoğunlukla gaz akışkanlardır. Art arda yerleştirilen borularda, en fazla ısı transferi çoğu kez birinci boruda elde edilmektedir. Birinci borudan sonra ısı ve akış karakteristiği birbirine benzer hal almaktadır. Bu durumda, hız ve sıcaklık konturlarının tekrarlanması ile periyodik akış elde edilmiş olur. Ardışık olarak gelen borularda sınır tabakanın sürekli olarak yenilenmesini sağlamak, diğer borularda birinci borudaki gibi yüksek ısı transferi elde edilmesine imkân tanıyacaktır. Isı transferi iyileştirilirken en önemli sorun basınç düşümünün de artmasıdır. Bu çalışmada düzgün sıralı dizilişe sahip boru demetinde, art arda yerleştirilen dört farklı çaptaki borular kullanılarak, ısı transferinin arttırılması ve basınç düşümünün azaltılması amaçlarıyla sayısal optimizasyon yapılmıştır. Karşılaştırmalar, ısı transferi yüzey alanının sabit, borular arasındaki boyuna ve enine mesafelerin aynı olduğu varsayılarak yapılmıştır. Düzgün sıralı dizilişe sahip boru demetinde ardışık olarak yerleştirilen dört adet borunun çaplarının D_1=5 mm,D_2=15 mm,D_3=6 mm,D_4=14 mm olması durumunda ısı transferi %14.5 oranında artarken, basınç düşümü de %377 oranında artmıştır.

Anahtar Kelimeler

Destekleyen Kurum

TUBİTAK ve Tarsus Üniversitesi

Proje Numarası

TUBİTAK BİDEB 2218 Yurtiçi Doktora Sonrası Araştırma Burs Programı tarafından 121C377 proje numarası ve Tarsus Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi OSB.21.001 proje numarası

Teşekkür

Bu çalışma, TUBİTAK BİDEB 2218 Yurtiçi Doktora Sonrası Araştırma Burs Programı tarafından 121C377 proje numarası ile ve Tarsus Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından OSB.21.001 proje numarası ile desteklenmektedir.

Kaynakça

Abolfathi, S., Mirabdolah Lavasani, A., Mobedi, P., & Salehi Afshar, K. (2021). Experimental study on flow around a tube in mixed tube bundles comprising cam-shaped and circular cylinders in in-line arrangement. International Journal of Thermal Sciences, 163. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2020.106812
Ansys Fluent User’s Guide. (2019). ANSYS Inc. (No. 2019).
Bahaidarah, H. M. S., Anand, N. K., & Chen, H. C. (2005). A numerical study of fluid flow and heat transfer over a bank of flat tubes. Numerical Heat Transfer; Part A: Applications, 48(4), 359–385. https://doi.org/10.1080/10407780590957134
Bayat, H., Lavasani, A. M., & Maarefdoost, T. (2014). Experimental study of thermal-hydraulic performance of cam-shaped tube bundle with staggered arrangement. Energy Conversion and Management, 85, 470–476. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.06.009
Buyruk, E. (1999). Heat transfer and flow structures around circular cylinders in cross-flow. Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences, 23(5), 299–315.
Erdinc, M. T. (2023). Computational thermal-hydraulic analysis and geometric optimization of elliptic and circular wavy fin and tube heat exchangers. International Communications in Heat and Mass Transfer, 140, 106518. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2022.106518
Erdinc, M. T., Aktas, A. E., Kuru, M. N., Bilgili, M., & Aydin, O. (2021). An optimization study on thermo-hydraulic performance arrays of circular and diamond shaped cross-sections in periodic flow. International Communications in Heat and Mass Transfer, 129, 105706. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2021.105706
Fluent, A. (2021). Ansys fluent theory guide. In ANSYS Inc., USA.

Horvat, A., Leskovar, M., & Mavko, B. (2006). Comparison of heat transfer conditions in tube bundle cross-flow for different tube shapes. International Journal of Heat and Mass Transfer, 49(5–6), 1027–1038. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2005.09.030
Ibrahim, T. A., & Gomaa, A. (2009). Thermal performance criteria of elliptic tube bundle in crossflow. International Journal of Thermal Sciences, 48(11), 2148–2158. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2009.03.011
Jayavel, S., & Tiwari, S. (2008). Numerical study of flow and heat transfer for flow past inline circular tubes built in a rectangular channel in the presence of vortex generators. Numerical Heat Transfer; Part A: Applications, 54(8), 777–797. https://doi.org/10.1080/10407780802359120
Khan, W. A., Culham, J. R., & Yovanovich, M. M. (2006). Convection heat transfer from tube banks in crossflow: Analytical approach. International Journal of Heat and Mass Transfer, 49(25–26), 4831–4838. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.05.042
Mangrulkar, C. K., Dhoble, A. S., Deshmukh, A. R., & Mandavgane, S. A. (2017). Numerical investigation of heat transfer and friction factor characteristics from in-line cam shaped tube bank in crossflow. Applied Thermal Engineering, 110, 521–538. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.08.174
Mirabdolah Lavasani, A., Bayat, H., & Maarefdoost, T. (2014). Experimental study of convective heat transfer from in-line cam shaped tube bank in crossflow. Applied Thermal Engineering, 65(1–2), 85–93. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.12.078
Nasif Kuru, M., Erdinc, M. T., & Yilmaz, A. (2020). Optimization of Heat Transfer and Pressure Drop in Axially Finned Staggered Tube Banks. Heat Transfer Engineering, 1–18. https://doi.org/10.1080/01457632.2020.1785696
Sayed Ahmed, S. A. E., Ibrahiem, E. Z., Mesalhy, O. M., & Abdelatief, M. A. (2014). Heat transfer characteristics of staggered wing-shaped tubes bundle at different angles of attack. Heat and Mass Transfer, 50(8), 1091–1102. https://doi.org/10.1007/s00231-014-1323-3
Yilmaz, A., Erdinç, M. T., & Yilmaz, T. (2017). Optimization of crossflow staggered tube banks for prescribed pressure loss and effectiveness. Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 31(4), 878–888. https://doi.org/10.2514/1.T5033
Yilmaz, A., & Yilmaz, T. (2016). Optimum Design of Cross-Flow In-Line Tube Banks at Constant Wall Temperature. Heat Transfer Engineering, 37(6), 523–534. https://doi.org/10.1080/01457632.2015.1060753
Žukauskas, A. (1972). Heat Transfer from Tubes in Crossflow. Advances in Heat Transfer, 8(C), 93–160. https://doi.org/10.1016/S0065-2717(08)70038-8
Žukauskas, A., & Ulinskas, R. (1985). Efficiency parameters for heat transfer in tube banks. Heat Transfer Engineering, 6(1), 19–25. https://doi.org/10.1080/01457638508939614

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Makine Mühendisliği

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Muhammet Nasıf Kuru ^*
0000-0002-5941-1221
Türkiye

Mehmet Tahir Erdinç
0000-0003-2201-2937
Türkiye

İlyas Karasu
0000-0003-3138-6236
Türkiye

Şaban Ünal
0000-0002-4276-2412
Türkiye

Yayımlanma Tarihi

3 Eylül 2023

Gönderilme Tarihi

31 Ocak 2023

Kabul Tarihi

12 Haziran 2023

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2023 Cilt: 26 Sayı: 3

DOI

https://doi.org/10.17780/ksujes.1244995

IZ

https://izlik.org/JA45NK97JB

Kaynak Göster

RIS / Bibtex

APA

Kuru, M. N., Erdinç, M. T., Karasu, İ., & Ünal, Ş. (2023). BORU DEMETİ ISI DEĞİŞTİRİCİLERİNDE FARKLI BORU ÇAPI KULLANIMININ AKIŞ VE ISI TRANSFERİNİ İYİLEŞTİRMEYE ETKİSİ. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(3), 625-636. https://doi.org/10.17780/ksujes.1244995