Mühendislik uygulamalarında, farklı sıcaklıklardaki iki veya daha fazla akışkan
arasındaki ısı değişiminin sağlanması, en önemli ve en çok karşılaşılan problemlerden
birisidir. Isı değiştiricileri, kullanım amaçlarına göre, değişik yapılarda, kapasitelerde,
boyutlarda ve tiplerde olabilmektedir. Kompaktlıkları ve mükemmel ısı geçişi
performansları nedeniyle, mikrokanal ve minikanal ısı değiştiricilerinin kullanımı, ticari
ve bilimsel uygulamalarda giderek artmaktadır.
Bu çalışmada, ele alınan minikanal ısı değiştiricinin ısıl-hidrolik performansını
arttırmak için en uygun geometrinin belirlenmesi amacıyla, farklı Reynolds sayılarıyla
birlikte en/boy oranının, hidrolik çapın ve kanal sayısının basınç düşüşü ve soğutucu
akışkanın çıkış sıcaklığı üzerine etkisi araştırılmıştır. Tek fazlı sıvı akışının ısıl-hidrolik
karakteristiklerinin çalışılması için tipik bir model tercih edilmiştir. Bu modelde
minikanal ünitesi 2 mm yüksekliğinde, 12 mm genişliğinde ve 60 mm uzunluğunda
olup, içerisinde çeşitli sayıda dikdörtgen kesitli kanallar yer almaktadır. Akışın sabit ısı
akısı sınır şartı altında, üç boyutlu, sürekli ve sıkıştırılamaz olduğu kabul edilmiştir.
Kanal malzemesi olarak aluminyum, soğutucu akışkan olarak su tercih edilmiştir. Bu
çalışma, ticari bir CFD yazılımı olan FLUENT kullanılarak sayısal olarak
gerçekleştirildi.
Sonuç olarak; kanal sayısındaki artışın basınç düşüşünde ve çıkış sıcaklığında
artışa ve kanallar arası mesafedeki azalmanın; sıcaklık ve basınç basamaklarında
azalmaya yol açtığı görüldü. En/boy oranı ve hidrolik çap azalırken, basınç düşüşünün
arttığı bulundu. Her kanal sayısı kendi içinde değerlendirildiğinde, sabit ısı akısı sınır
şartı altında, akışkanın çıkış sıcaklığının en/boy oranı ve hidrolik çap küçüldükçe arttığı
gözlendi. Hız arttıkça, kanal boyunca basınç düşüşünün arttığı ve yüksek hızlarda
akışkanın çıkış sıcaklığının daha düşük olduğu görüldü.
v
In engineering applications, providing heat transfer between two or more fluids
is one of the most important and most encountered problems. Considering using aims,
heat exchangers can be in different structures, capacities, sizes and types. Due to the
compactness and excellent heat transfer performance, microchannel and minichannel
heat exchangers have gained increasing attention in commercial and scientific
applications.
In this study the effect of aspect ratio, hydraulic diameter and number of
channels by considering different Reynolds numbers, on the pressure drop and the exit
temperature of the cooling fluid are investigated in order to find the most appropriate
channel geometry for increasing the thermohydraulic performance of the minichannel
heat exchanger. A typical model has been preferred for studying the thermohydraulic
characteristics of the single phase liquid flow. In this model the minichannel unit has 2
mm height, 12 mm width and 60 mm length with multiple internal rectangular passages.
The flow has been assumed three dimensional, steady and incompressible under the
constant heat flux boundary conditions. Aluminum is preferred for the channel material
and water as the working fluid. This study is performed numerically by using FLUENT
which is a commercial CFD code.
As a result it has been seen that the increase of number of channels leads to
increase in pressure drop and outlet temperature and decrease in distance between
channels leads to decrease in gradients of temperature and pressure. It has been found
that as the aspect ratio and hydraulic diameter decreases, pressure drop yields increase.
By considering each number of channels in itself, the outlet temperature of the fluid
increases while aspect ratio and hydraulic diameter decreases, under constant heat flux
viii
boundary condition. While the velocity of the fluid increases, boundary condition. While the velocity of the fluid increases, pressure drop through the
channel increases and at high velocities it has seen that fluid’s outlet temperature is
lower.