Gövde borulu ısı değiştiricilerin yeni nesil perdeli olarak optimum tasarımı, prototip imalatı ve testi

Gövde borulu ısı değiştiricileri tasarım, üretim ve bakımın kolay olması nedeniyle endüstride yaygın olarak kullanılır. Geniş bir uygulama alanına sahip gövde borulu ısı değiştiricilerin ekonomik koşullarda çalıştırılması, öncelikle basınç düşüşünün belirlenmesine bağlıdır. Gövde borulu ısı değiştiricilerini değerlendirmek için, ısı geçiş miktarı ve basınç düşüşü olmak üzere iki parametre bulunmaktadır. Gövde borulu ısı değiştiricide ısı geçiş miktarını artırmak için, geleneksel perdenin kesim oranı azaltıldığında, basınç düşüşü de artmaktadır. Gövde borulu ısı değiştiricilerinde kullanılan geleneksel perdeler ile etkinliğin büyük oranda artırılması mümkün olmamaktadır. Bunun nedeni, perde tasarımından kaynaklanan büyük basınç kayıpları ve etkin ısı geçiş alanının düşmesidir. Çalışmanın birinci aşamasında yeni nesil perde tasarımları yapılmıştır. Tasarım çalışmalarının amacı, geleneksel uygulamalardan farklı bir yöntem geliştirerek gövde içindeki akışkanın izlediği yolu uzatıp, önündeki engelleri de ortadan kaldırarak aynı anda hem ısı geçişini artırmak hem de basınç düşüşünü azaltmaktır. Tasarım çalışmalarının ardından belirlenen perde modelleri hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemiyle analiz edilmiştir. Üç bölmeli perdenin geometrik parametreleri belirlenmiş ve Taguchi deneysel optimizasyon yöntemiyle ısı geçişi ve basınç düşüşü üzerindeki etkileri incelenmiştir. Analiz sonuçlarına göre en iyi sonuçlara sahip olan üç bölmeli perde prototip olarak üretilmiştir. Üretilen prototip ile yapılan deneyler hesaplamalı akışkanlar mekaniği sonuçlarını doğrulamıştır. Sonuçlar üç bölmeli yeni nesil perdenin geleneksel perdeye göre basınç düşüşünü %49 azaltırken ısı geçişini %7 artırdığını göstermektedir. Dairesel perdeli tasarım modeli ve bu modele bağlı elde edilen boyutsuz parametrelerle yapılan Taguchi optimizasyon sonuçlarına göre, geleneksel perdeye oranla ısı geçişi %17,8 artarken, basınç düşüşü %32,6 azalmıştır.