Ağaç şekilli dal kanallı zıt ve paralel akışlı ısı değiştiricisinin ısı transferi ve akış karakteristiklerinin incelenmesi

Yapılan bu tez çalışmasında, tek fazlı akışta ısıl karakteristikleri iyileştirmek için dallara ayrılmış Fractal (dal) benzeri akışkan kanal yapısı esas alınarak ağaç şekilli üç seviyeli paralel ve zıt akış esasına dayalı çalışabilen bir ısı değiştiricisi sistemi tasarlanmış ve üretilmiştir. Tasarlanan diskler üzerine dal benzeri ısı değiştiricisi; alt, orta ve üst olmak üzere üç ayrı disk şeklindeki plakadan oluşmaktadır. Alt ve üst plakaların birer yüzeyi, orta plakanın ise her iki yüzeyi üzerine birbirine simetrik biçimde üç seviyeli ve her seviyesi farklı uzunluk ve çaplarda 156 adet silindirik kesitli dallanmış kanallar açılmıştır. Bu ısı değiştiricisinde akışkan çifti olarak sıvı akışkan (sıcak ve soğuk su) kullanılmıştır. Her iki sıvı akışkanın ısı değiştiricisi alt ve üst plaka üzerinde girişte eksenel yönde 1 adet, çıkışta ise radyal yönde 12 adet silindirik kanal bulunmaktadır. Açık ve kapalı devre esasına dayalı paralel ve zıt akış türüne göre akışkan, eksenel veya radyal yöndeki bağlantı noktalarından eşit ısıl kapasite oranlarında sisteme girmekte ve tahliye olmaktadır. Açık devre çalışma şartlarında ısıtma suyu 35-45°C sıcaklık aralıklarında ve 2,0-4,0 lt/dak debi aralığındadır. Kapalı devre çalışma şartlarında ısıtma suyu sıcaklığı 45-65°C sıcaklık aralıklarında ve 2,0-9,0 lt/dak debi aralığındadır. Deneysel çalışma esnasında ısıl ve hidrodinamik karakteristikler sistemin oto kontrolü MATLAB R2013b paket programında yazılan bir yazılım üzerinden kontrol edilmektedir. Bu çalışmada, deneylerden elde edilen veriler MATLAB R2013b ve ANSYS-Fluent paket programları kullanılarak deneysel ve sayısal analizler yapılmıştır. Yapılan analizlerde, artan akışkan debisinde bazı yanal en dış kanalların pozisyonlandırılması hız seviyesinin düşmesine sebep olmuştur. Bu durumda çatallanma geometrisinin her bir dallanma seviyesi için eşit kütlesel debilere bölecek şekilde tasarlanması gerektiği sonucuna varılmıştır. Isıl kapasite debilerinin (Cr) değişiminin test bölgesi üzerindeki etkileri ε -NTU yöntemi ile incelenmiştir. Farklı ısıl kapasiteleri için ε=0,24-0,58 ve NTU =0,3-0,81 değerleri arasında değişmektedir. Isıtma bölümündeki akışkan debisi soğutma bölümündeki akışkan debisine oranla kademeli olarak arttırılmış, bu durum ısıtma bölümündeki ortalama sıcaklığı arttırdığı için ısı değiştiricisinin etkenliğinin artmasına neden olmuştur. Sonuçta, bu gibi akış kanal geometrilerinde kanal seviye sayısındaki artışın, var olan maksimum sıcaklığı düşürdüğü, basınç düşüşünün giderek arttığı, daha düşük ve daha düzgün hız ve homojen sıcaklık dağılımlarının elde edilmesine neden olduğu gözlemlenmiştir. Sonuçlar, bu tür ağaç şekilli (fractal) dal kanal yapısına sahip akış kanallarında, dal seviyesinin artmasının öneminin olmadığını göstermektedir. Sonuçlar, ısı değiştiricisinde, kapalı ve açık devre durumları için, paralel akışın zıt akış çalışma şartlarına göre daha etkin olduğunu göstermiştir.