Gıda endüstrisinde kullanılan gövde boru tipi ısı değiştiricilerin hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile tasarımı ve optimizasyonu

Bu çalışmada, gıda endüstrisinde kullanılan bir gövde boru tip ısı değiştirici modeli referans alınarak üç boyutlu tasarım çalışmaları yapılmıştır. Mevcut ısı değiştirici modelinin çalışma performans verileri elde edilmiş olup boru dizilim biçimi, şaşırtma elemanı tasarımı ve yerleşimi değiştirilerek iyileştirme çalışmaları yapılmıştır. Ayrıca gövde boru ısı değiştirici için özgün bir şaşırtma elemanı tasarımı ve optimizasyonu yapılmıştır. Tasarım çalışmaları unsur tabanlı tasarım programı olan SolidWorks 2018 programında yapılmıştır. Geliştirilen tasarımların CFD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) tekniği ile termal ve hidrolik açıdan performans analizleri aynı programın Flow Simulation modülünde yapılmıştır. Çalışma kapsamında toplamda 23 adet Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği analizi yapılmıştır. Tasarlanan özgün şaşırtma elemanının üretilebilirliğinin tespiti için SolidWorks 2018 programının Simulation Modülünde statik, yer değiştirme, birleşik kuvvet ve gerilim analizleri yapılmıştır. Hidrolik ve termal açıdan en verimli boru dizilim biçiminin tespit edilebilmesi için yapılan analizlerde perforasyon, dairesel, beşgen ve tam kare boru dizilimine göre tasarımlar yapılmıştır. Termal ve hidrolik açıdan en verimli dizilimin perforasyon tipi dizilim olduğu tespit edilmiştir. Farklı sayı ve konfigürasyonlarda şaşırtma elemanları eklenmiş ve en verimli modellerin beş adet şaşırtma elemanı kullanılan modeller olduğu belirlenmiştir. Standart şaşırtma elemanı ve üç farklı özgün şaşırtma elemanı perforasyon dizilimi kullanılarak analiz edilmiştir. Şaşırtma elemanı analiz sonuçları değerlendirildiğinde, en verimli model olan P R 60 2/3 özgün şaşırtma elemanı iç ermekte olup, PS 2/3 modelindeki standart şaşırtma elemanı içeren modele göre termal açıdan %11,44 ve hidrolik açıdan %35,1 daha verimli olduğu tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre özgün şaşırtma elemanı tasarımına sahip P R 60 2/3 modeli, referans alınan şaşırtma elemanı içermeyen ısı değiştirici modeli P 0 a göre termal açıdan % hidrolik açıdan ise %0,27 verim artışı sağladığı tespit edilmiştir. Özgün şaşırtma elemanları standart şaşırtma elemanlarına göre termal ve hidrolik kriterlere göre değerlendirildiğinde üstün gelmiştir. Üretilebilirlik analizleri değerlendirildiğinde özgün şaşırtma elemanını 800kg baskı gücü sağlayan bir pres ile şekil verilip üretilebileceği seçilen AISI316 malzemesinin bu kuvvette karşı mukavim olduğu tespit edilmiştir.