Silindir tipi türbülatörlerin ısı transferi performansının analizi

Türbülatörler, ısı değiştiricilerinde akışkanlara türbülans kazandırarak, yüzeyle olan temasın arttırılması yoluyla ısı transferinin yükseltilmesi için kullanılmaktadır. Türbülatörler, yüksek verimlilik gerektiren alanlarda tercih edilmektedir. Akışkanlardan efektif ısı transferi sağlanması için maksimum temas yüzeyine sahip olunması gerekmektedir. Sisteme verilen enerjiden maksimum kazanç elde edilebilmesi ve maliyetlerin en aza indirilebilmesi için tercih edilen bu tür sistemlerin kullanımı sayesinde yüksek verimlilik oranlarına ulaşmak mümkün bir hale gelmektedir. Yapılan bu çalışmada ısı transferinin arttırılması kapsamında eş merkezli dış ve iç borudan oluşan ısı değiştiricisinde iç boru içerisine farklı türbülatörler yerleştirilmiştir. Isı değiştiricisinde dış boruya 98℃ sıcaklığında buhar, iç boruya ise kompresör yardımıyla oda sıcaklığında belirlenen hızlarda hava akışı paralel, aynı yönlü bir şekilde uygulanmıştır. Deney düzeneğiyle ısı değiştiricisi iç borusu türbülatörsüz (boş) olduğunda, içerisinde 1 m uzunluğunda mil üzerine 15 cm adımlarla yerleştirilmiş Tip-A (çubuk) ve Tip-B (kanat) silindirik türbülatörlerin yerleştirilmesi durumlarında ısı transferi performansı incelenmiştir. Deney düzeneğinde termokupllar kullanılarak çoklu kanallı veri tarayıcı ile türbülatörsüz, Tip-A ve Tip-B silindirik türbülatör durumlarında, belirlenen hızlarda ısı değiştiricisi giriş ve çıkış sıcaklıkları ölçülmüştür. Elde edilen verilere göre farklı açılardan analizler yapılmıştır. Türbülatör Tip-B kullanıldığı durumda en yüksek sıcaklık farkının gerçekleştiği gözlemlenmiştir. Türbülatörsüz durum ile karşılaştırıldığında Türbülatör Tip-A kullanılması durumunda 2,5 m/s hızında %28 oranında, Türbülatör Tip-B kullanılması durumunda 3 m/s hızında %118 oranında artış ile maksimum sıcaklık farklarına ulaşıldığı görülmüştür. Ortalama sıcaklıkların Tip-A türbülatör kullanıldığında ve türbülatörsüz durumlarda birbirlerine yakın olduğu, Tip-B türbülatör kullanıldığında ise 1 m/s ve üzeri hava akış hızlarında ortalama sıcaklığın daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Türbülatör Tip-A kullanıldığında %32 ile 2,5 m/s hızında, Türbülatör Tip-B kullanıldığında %157,9 ile 3 m/s hızında türbülatörsüz duruma göre en yüksek artış oranı ile Nusselt sayısına ulaşılmıştır. Türbülatör Tip-A kullanıldığında %32,5 ile Reynolds 11423 değerinde, Türbülatör Tip-B kullanıldığında %157,9 ile Reynolds 13899 değerinde türbülatörsüz duruma göre en yüksek hm ısı taşınım katsayısı artış oranına ulaşılmıştır. Tip-A ve Tip-B türbülatörlerin kullanılması halinde ısı transfer miktarının ve etkinlik oranının, belirlenen Reynolds değerlerinin tümünde türbülatörsüz duruma göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Reynolds değerlerinin tümünde Türbülatör Tip-B kullanılması durumunda belirgin bir şekilde artış ile en yüksek ısı transfer miktarına ve etkinlik oranına ulaşılmıştır. Her koşulda türbülatör kullanımının ısı transferini arttırdığı, Tip-B türbülatörün Tip-A türbülatöre göre belirgin bir şekilde daha iyi ısı transfer performansı gösterdiği görülmüştür.