Enerji etkin levhalı ısı değiştiricilerin sayısal yöntemlerle tasarımı

Bu çalışmada, 1-4 kişinin bulunduğu kapalı ortamların ısı geri kazanımlı havalandırmayla iç hava kalitesinin sürdürülebilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla iklimlendirme sistemlerinde, kirli egzoz havasıyla atmosfere atılan ısının geri kazanılacağı küçük kapasiteli (50-200 m³/h) bir levhalı ısı değiştiricinin (LID) tasarımı hedeflenmiştir. LID tasarım ve işletme değişkenlerinin performans göstergelerine etkileri, Taguchi deney tasarımı ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ile incelenmiştir. Etkileri incelenen dört LID tasarım parametresi; kanal giriş geometrisi (KGG), ortalama hava akış hızı (u-m/s), kanal yüksekliği (h-mm) ve levha boyutudur (L-mm). Taguchi yöntemine göre bu tasarım parametrelerinin her biri için literatüre uygun dört alt seviye belirlenmiştir. Tasarım değişkenlerinin etkilediği LID performans göstergeleri; temiz hava tarafında geri kazanılan ısıl güç (Qgk), duyulur ısıl etkenlik (ε), akışın devamı için gerekli toplam fan gücü (Ph,t+e), hidrodinamik-ısıl büyütme oranı (HIBO) ve ısıl etkenlik ile HIBO'nun birleştirilmiş etkisini gösteren ε×HIBO olarak seçilmiştir. Bu LID performans göstergeleri için Taguchi'nin "en büyük-en iyi" ve "en küçük-en iyi" kategorilerine göre belirlenen en uygun tasarım ve işletme parametreli LID modelleri; geri kazanılan ısıl güçte-Qgk K-32-10-240 (276 m3/h), ısıl etkenlikte-ε K-20-10-240 (173 m3/h), toplam fan gücünde-Ph,t+e ve HIBO'da D-20-25-100 (32 m3/h) ve ε×HIBO'da D-20-25-120 (48 m3/h)'dir. Ayrıca HAD sonuçlarının doğruluğu, literatürdeki uygun analitik yöntemlerle incelenmiştir. LID performans göstergelerinin HAD sonuçları ile Taguchi tahminleri arasındaki farklar, geri kazanılan ısıl güç-Qgk, duyulur ısıl etkenlik-ε, toplam fan gücü-Ph,t+e, HIBO ve ε×HIBO için sırasıyla; %9.66, %16.70, %2.31, %9.16 ve %14.03'dür. En uygun tasarım ve işletme değişkenli LID modellerinin, temiz hava kanalı simetri düzleminde; statik basınç, akış doğrultusundaki hız ve sıcaklık dağılımları ile levha yüzeyindeki sıcaklık dağılımları HAD çözümleriyle görselleştirilmiş ve yorumlanmıştır. Sonuç olarak, Taguchi deney tasarımı ve HAD analizlerinin birlikte kullanıldığı çalışmada, hedef performans göstergelerine göre belirlenen tasarım ve işletme parametrelerinin en uygun alt seviyeleri ile LID modelleri tasarlanmıştır. Bu en uygun tasarımlı LID modellerinin kapasiteleri (hacimsel debiler) ve performans göstergelerinin hacimsel debiye bağlı değişimleri yine HAD analizleri ile elde edilerek değerlendirilmiştir.