Isı degistirme cihazlarının tasarımının ekonomi ve verimdeki öneminden dolayı
akademik ve endüstriyel sahadaki en önemli arastırma alanlarından biri ısı geçisini
iyilestirme olusturmaktadır. Isı geçisini iyilestirme, birim ısı geçis yüzeyinden ısı geçis
oranını artırmakla mümkündür. Isı geçisini iyilestirmenin çesitli yolları vardır.
yilestirme metotları ya ısı geçis yüzeyinin alanını ya türbülans seviyesini ya da akıskan
parçacıkları ile yüzey arasındaki ortalama temas süresini artırmayı amaçlar. Isı geçis
katsayısının artırılmasını amaçlayan tekniklerle karsılastırıldıgında uzatılmıs yüzeylerin
kullanımında oldugu gibi tek basına yüzey alanını artırmak daha çok malzeme
harcaması, imalat süreci ve ısı degistirme cihazı tarafından isgal edilen alanı gerektirir.
Bu çalısmada, daha uzun süreler boyunca ısı geçis yüzeyiyle temas halindeki akıskan
parçacıklarını korumayı amaçlayan iyilestirme teknigi test edilmistir, bu yüzden bir
yandan türbülans siddeti artırılırken ısı degistiricinin boru içindeki akıskanın gergin
durumu süresince daha fazla enerji degistirmesi saglanmıstır. Silindirik bir borudaki iç
akıs bu amacı test etmek için temel alınmıstır. Teknigin gelistirilmesinde ikinci adım,
boru içine es eksenli katı silindirik bir çubuk sokulması, böylelikle boru ve çubuk
arasında bir halka akıs olusturulmasıdır. Bu teknigin son adımı halka içine sıkı geçmis
helisel kanat eklenmesi ve dıs boru, silindirik çubuk ve helisel kanat arasında kusatılmıs
helisel kanal boyunca akısı yönlendirmektir. Bu amaçlar için ilk olarak belirli çap ve et
kalınlıklı bir boru kabul edilmistir. Daha sonra bes farklı çapa sahip katı silindirik
çubuk bu borunun içine es eksenli olarak yerlestirilmis ve halka akıs her bir tasarım için
test edilmistir. Son olarak helisel kanat halka bölgeye eklenmis ve etkisi gözlenmistir.
Helisel sargının adımı üç degisik degerde ayarlanırken kanat kalınlıgı sabit tutulmustur.
Kabul edilen tüm tasarımlar FLUENT yazılım paketi kullanılarak sayısal olarak analiz
edilmis olup deneysel olarak ta test edilmistir. Sonuçlar mini aralıklı akıs kanalları için
sayısal ve deneysel analizler arasında iyi bir uyum oldugunu göstermistir. Kanal
hidrolik çapı mikro aralıklara düsürüldügünde sayısal sonuçlar deneysel sonuçlardan
sapma gösterir, bu ise akıskan akısı ve ısı geçisine hükmeden fiziksel mekanizmalardaki
bir uyumsuzlugun isaretidir.
Enhancement of heat transfer constitutes one of the major research fields in the
academic and industrial are due to its importance in economic end efficient design of
heat exchange apparatus. Enhancement of heat transfer is possible by means of
increasing the rate of heat transfer through a unit heat transfer surface. There are various
means of enhancing heat transfer.Enhacement methods aim increasing either the area of
the heat transfer surface, or the turbulence level, or the mean duration of contact
between fluid particles and the surface. Increasing the surface area, i.e. the use of
extended surfaces, alone, requires consumption of more materials, more manufacturing
work, and more space occupied by the heat exchange equipment, when compared to
techniques aiming the increase of heat transfer coefficient.In this study, the
enhancement technique tested aims on keeping the fluid particles in contact with the
heat transfer surface for longer periods, thus allowing them to exchange more energy
during this elongated stay of the fluid in the heat exchanger tube, while increasing the
magnitude of turbulence, as well.Internal flow in a circular tube is considered as the
basis to test the target. The second step in the development of the technique is inserting
a cylindrical solid rod concentrically in the tube, thus creating an annulus flow between
the tube and the insert. The last step of the technique is adding a helical fin which fits
tight in the annulus and directs the flow through the helical channel confined between
the outer tube, the rod insert and the helical fin. Fort his purpose, a tube with specified
diameter and wall thickness is considered first.Then solid cylindrical rods of five
different diameters are inserted concentrically within the tube and annular flow is tested
for each configuration. Finally, the helical fin is added in the annular gap and its
inflence is observed. The thickness of the fin is kept constant while the pitch of helical
coil is adjusted to three different values. All configurations considered are analysed
numerically using the FLUENT software package and tested experimentally as well.
Results show good agreement between numerical and experimental analysis for flow
channels of mini sizes. When the channel hydraulic diameter is decreased to micro
sizes, numerical results deviate from experimental values, indicating a discrepancy in
the physical mechanisms dominating fluid flow and heat transfer.
