KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Mühendis ve Makina / 2025 / Cilt: 66 Sayı: 721

L-AYAKLI SPİRAL KANATLI BORULU ISI DEĞİŞTİRİCİSİ İLE KANATSIZ BORULU ISI DEĞİŞTİRİCİSİNİN PERFORMANSLARININ KARŞILAŞTIRILMASI

COMPARISON OF THE PERFORMANCES OF L-FOOTED SPIRAL FIN-AND-TUBE HEAT EXCHANGER AND UNFINNED TUBE HEAT EXCHANGER

Ramazan Yılmaz(BANDIRMA ONYEDİ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ, GÖNEN MESLEK YÜKSEKOKULU)0000-0001-6275-7197
Necdet Özbalta(EGE ÜNİVERSİTESİ)0009-0006-0710-2618
Sayfa
689–719
Yayın Tarihi
2026-01-07
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Her iki ısı değiştiriciden elde edilen bulgular karşılaştırılarak değerlendirilmiştir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Bu çalışmanın amacı L-ayaklı spiral kanatlı borulu ısı değiştiricisinin hava tarafı ısıl ve hidrolik özelliklerinin araştırılmasıdır.
📊
Temel Bulgular & Veri:Her iki ısı değiştiriciden elde edilen bulgular karşılaştırılarak değerlendirilmiştir.
💡
Sonuç & Katkı:Kanat eklenmesi ısı değiştiricisinin performansını olumlu yönde etkilemiştir.
🔬Tür:Araştırma Makalesi
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:L-ayaklı spiral kanat · P-NTU · Isı değiştiricisi performans kriterleri

Özet

Bu çalışmanın amacı L-ayaklı spiral kanatlı borulu ısı değiştiricisinin hava tarafı ısıl ve hidrolik özelliklerinin araştırılmasıdır. Karşılaştırma için kanatsız ısı değiştiricisinin de hava tarafı ısıl-hidrolik özellikleri de incelenmiştir. Her iki ısı değiştiriciden elde edilen bulgular karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Test ısı değiştiricilerinin akış düzenlemesi çapraz akışlıdır. Her iki ısı değiştiricide boru sıraları hava akış yönünde kaydırılmış olarak düzenlenmiştir. Sabit su giriş hacimsel debisi (2,3 l/dk.) ve çevre havası koşullarında, yedi farklı su giriş sıcaklığı (40 °C ila 70 °C arasında) ve hava giriş hızı (3,40 m/s ila 7,90 m/s arasında) için deneysel çalışma yapılmıştır. Deneysel çalışmada sıcaklık etkinliği-geçiş birimi sayısı (P-NTU) yöntemi kullanılmıştır. Çalışmada belirsizlik analizi yapılmıştır. Reynolds sayısı 9043 ila 21579 aralığında değişmiştir. Çalışma sonucunda ortalama ısı geçişi, ısı taşınım katsayısı, Colburn j faktörü, basınç düşümü ve Fanning f sürtünme faktörü değerleri elde edilmiştir. Isı değiştiricisine kanat eklenmesi, iç hacim iyilik faktörünü, iyileştirme oranını ve performans indeksini sırasıyla ortalama 3.70, 4.41 ve 1.57 kat arttırmıştır. Kanat eklenmesi ısı değiştiricisinin performansını olumlu yönde etkilemiştir.

Abstract

The aim of this study is to investigate the air side thermal and hydraulic properties of the L-footed spiral fin-and-tube heat exchanger. For comparison, the air side thermal-hydraulic properties of the unfinned tube heat exchanger were also investigated. The findings obtained from both heat exchangers were compared and evaluated. The flow arrangement of the test heat exchangers is cross flow. In both heat exchangers, the rows of tubes are arranged staggered in the direction of the air flow. At constant water inlet volumetric flow rate (2.3 l/min) and ambient air conditions, experimental study was carried out for seven different water inlet temperatures (40 °C to 70 °C) and air inlet velocity (3.40 m/s to 7.90 m/s). In the experimental study, the temperature effectiveness-the number of transfer units (P-NTU) method was used. Uncertainty analysis was performed in the study. The Reynolds number ranged from 9043 to 21579. As a result of the study, average heat transfer, heat transfer coefficient, Colburn j-factor, pressure drop and Fanning f-friction factor values were obtained. The addition of fins to the heat exchanger increased the volume goodness factor, the enhancement ratio and performance index on average 3.70, 4.41 and 1,57 times, respectively. The addition of fins affected the performance of the heat exchanger positively.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Yılmaz, R., Özbalta, N. (2026). L-AYAKLI SPİRAL KANATLI BORULU ISI DEĞİŞTİRİCİSİ İLE KANATSIZ BORULU ISI DEĞİŞTİRİCİSİNİN PERFORMANSLARININ KARŞILAŞTIRILMASI. Mühendis ve Makina, Cilt: 66 Sayı: 721, 689–719. https://doi.org/10.46399/muhendismakina.1639396

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (46)

  1. Abraham, P., Sharqawy, M.H. & Shawkat, M. E. (2021). Thermal and hydraulic characteristics of multiple row spiral finned tube heat exchangers. International Journal of Refrigeration, 130, 56–66. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.05.027
  2. ASHRAE STANDARD 33-78. (1978). Methods of testing forced circulation air cooling and air heating coils. Atlanta, USA: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, INC.
  3. Burgess, W.A, Ellenbecker, M.J. & Treitman, R.D. (2004). Ventilation for control of the work environment. USA: John Wiley & Sons, Inc.
  4. Cléirigh, C.T.Ó. & Smith, W.J. (2014). Can CFD accurately predict the heat-transfer and pressure-drop performance of finned-tube bundles?. Applied Thermal Engineering, 73, 681–690. Doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.08.019
  5. Çengel, Y.A. ve Boles, M.B. (2008). Termodinamik mühendislik yaklaşımıyla ( A. Pınarbaşı, E. Buyruk, Ç. Özalp, A. Bilgin, H. Günerhan ve S. Basan, Çev., 5. Baskı). İzmir: Güven Kitabevi.
  6. Demirpolat, A.B. (2018). Etilen glikol bazlı nanoakışkanların üretilmesi, viskozite ve termal özelliklerinin deneysel incelenmesi (Doktora Tezi). Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ.
  7. Erbaş, S.O. ve Olmuş, H. (2006). Deney düzenleri ve istatistik analizleri. Ankara: Gazi Kitabevi.
  8. Genic, S.B., Jacimovic, B.M., Soto, G. & Latinovic, B.R. (2006). Research on air pressure drop in helically-finned tube heat exchangers. Applied Thermal Engineering, 26, 478–485. Doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2005.07.017
  9. Incropera, F.P. ve DeWitt, D.P. (2007). Isı ve kütle geçişinin temelleri. (T. Derbentli, O. F. Genceli, A. Güngör, A. Hepbaşlı, Z. İlken, N. Özbalta, F. Özgüç, C. Parmaksızoğlu ve Y. Uralcan, Çev.). İstanbul: Literatür Yayınları.
  10. FaJiang, H., WeiWu, C. & Ping, Y. (2012). Experimental investigation of heat transfer and flowing resistance for air flow cross over spiral finned tube heat exchanger. Energy Procedia, 17, 741–749. Doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.02.166
  11. Jiang, Q., Zhuang, M., Zhu, Z. & Shen, J. (2019). Thermal hydraulic characteristics of cryogenic offset-strip fin heat exchangers. Applied Thermal Engineering, 150, 88–98. Doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.12.122
  12. Kakaç, S. & Liu H. (2002). Heat exchanger selection, rating and thermal design. Boca Raton, Florida, USA: CRC Press.
  13. Kays, V. M. & London, A.L. (1964). Compact heat exchangers (Second Edition). New York, USA: McGraw-Hill.
  14. Keawkamrop, T., Asirvatham, L.G., Dalkılıç, A.S., Ahn, H.S., Mahian, O. & Wongwises, S. (2021). An experimental investigation of the air-side performance of crimped spiral fin-and-tube heat exchangers with a small tube diameter. International Journal of Heat and Mass Transfer, 178, 121571. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121571
  15. Keawkamrop, T., Mesgarpour, M., Dalkılıç, A.S., Ahn, H.S., Mahian, O. & Wongwises, S. (2022). Effect of the segmented fin height on the air-side performance of serrated welded spiral fin-and-tube heat exchangers. Case Studies in Thermal Engineering, 35, 102128. Doi: https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.102128
  16. Kiatpachai, P., Keawkamrop, T., Mesgarpour, M., Ahn, H.S., Dalkılıç, A.S., Mahian, O. & Wongwises, S. (2022a). Air-side performance of embedded and welded spiral fin and tube heat exchangers. Case Studies in Thermal Engineering, 30, 101721.Doi: https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101721
  17. Kiatpachai, P., Keawkamrop, T., Asirvatham, L.G., Mesgarpour, M., Dalkılıç, A.S., Ahn, H.S., Mahian, O. & Wongwises, S. (2022b). An experimental study of the air-side performance of a novel louver spiral fin-and-tube heat exchanger. Alexandria Engineering Journal, 61, 9811–9818. Doi: https://doi.org/10.1016/j.aej.2022.02.056
  18. Kiatpachai, P., Pikulkajorn, S. & Wongwises, S. (2015). Air-side performance of serrated welded spiral fin-and-tube heat exchangers. International Journal of Heat and Mass Transfer, 85, 724–732. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.04.095
  19. Kiatpachai, P., Suksangpanomrung, A., Thiangtham, P., Keepaiboon, C., Duangthongsuk, W. & Wongwises, S. (2019). The effect of number of tube rows on optimal design of crimped spiral fin-and-tube heat exchangers. SAU Journal of Science & Technology, 5 (2), 10–23. Retrieved from https://ph01.tci-thaijo.org/index.php/saujournalst/article/view/212223
  20. Kırtepe, E. & Özbalta, N. (2018a). Experimental investigation of heat transfer and friction characteristics in l-footed spiral fin-tube banks. European Journal of Science and Technology, (Special Issue), 38–44. Kırtepe, E. ve Özbalta, N. (2018b). Kanatlı-borulu ısı değiştiricilerde belirsizlik analizi. DÜMF Mühendislik Dergisi, 9 (1), 161–175. Erişim adresi: https://dergipark.org.tr/tr/pub/dumf/issue/36316/412509#article_cite
  21. Kraus, A.D, Aziz, A. & Welty, J. (2001). Extended surface heat transfer. New York, USA: A Wiley-Interscience Publication.
  22. Kumar, A., Joshi, J. B. & Nayak, A. K. (2017). A comparison of thermal-hydraulic performance of various fin patterns using 3D CFD simulations. International Journal of Heat and Mass Transfer, 109, 336–356. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.01.102 Kurtoğlu, E.F., Yılmaz, R., Kırtepe, E. ve Özbalta, N. (2019). L-ayaklı spiral kanatlı-borulu ısı değiştirici performansının deneysel incelenmesi. 22. Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi Tam Metin Bildiriler Kitabı II, 1347–1354, Kocaeli.
  23. Lee, H.J., Ryu, J. & Lee, S.H. (2019). Influence of perforated fin on flow characteristics and thermal performance in spiral finned-tube heat exchanger. Energies, 12, 556.Doi: https://doi.org/10.3390/en12030556
  24. Lee, M., Kang, T. & Kim, Y. (2010). Air-side heat transfer characteristics of spiral-type circular fin-tube heat exchangers. International Journal of Refrigeration, 33, 313–320. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2009.09.019
  25. Lu, C.W., Huang, J.M., Nien, W.C. & Wang, C.C. (2011). A numerical investigation of the geometric effects on the performance of plate finned-tube heat exchanger. Energy Conversion and Management, 52, 1638–1643. Doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.10.026
  26. Martinez, E., Vicente, W., Soto, G. & Salinas, M. (2010). Comparative analysis of heat transfer and pressure drop in helically segmented finned tube heat exchangers. Applied Thermal Engineering, 30, 1470–1476. Doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2010.03.007
  27. Mazmanoğlu, A. (2014). Deney tasarımı ve genelleştirilmiş ters matrislerle istatistik analiz yöntemleri. Ankara: Nobel Akademik.
  28. Ning, J., Wang, X., Sun, Y., Zheng, C., Zhang, S., Zhao, X., Liu, C. & Yan, W. (2022). Experimental and numerical ınvestigation of additively manufactured novel compact plate-fin heat exchanger. International Journal of Heat and Mass Transfer, 190, 122818.Doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.122818
  29. Pongsoi, P. & Wongwises, S. (2015). Determination of fin pitches for maximum performance index of l-footed spiral fin-and-tube heat exchangers. Journal of Thermal Engineering, 1 (Special Issue 1), 251–262. Retrieved from https://jten.yildiz.edu.tr/article/472
  30. Pongsoi, P., Pikulkajorn, S. & Wongwises, S. (2012a). Effect of fin pitches on the optimum heat transfer performance of crimped spiral fin-and-tube heat exchangers. International Journal of Heat and Mass Transfer, 55, 6555–6566. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.06.061
  31. Pongsoi, P., Pikulkajorn, S. & Wongwises, S. (2012c). Experimental study on the air-side performance of a multipass parallel and counter cross-flow l-footed spiral fin-and-tube heat exchanger. Heat Transfer Engineering, 33 (15), 1251–1263. Doi: https://doi.org/10.1080/01457632.2012.692296
  32. Pongsoi, P., Pikulkajorn, S., Wang, C.C. & Wongwises, S. (2011). Effect of fin pitches on the air-side performance of crimped spiral fin-and-tube heat exchangers with a multipass parallel and counter cross-flow configuration. International Journal of Heat and Mass Transfer, 54, 2234–2240. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.12.027
  33. Pongsoi, P., Pikulkajorn, S., Wang, C.C. & Wongwises, S. (2012b). Effect of number of tube rows on the air-side performance of crimped spiral fin-and-tube heat exchanger with a multipass parallel and counter cross-flow configuration. International Journal of Heat and Mass Transfer, 55, 1403–1411. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.09.064
  34. Pongsoi, P., Promoppatum, P., Pikulkajorn, S. & Wongwises, S. (2013). Effect of fin pitches on the air-side performance of l-footed spiral fin-and-tube heat exchangers. International Journal of Heat and Mass Transfer, 59, 75–82.Doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.11.071
  35. Sadıkhov, E., Kangı, R. ve Uğur, S. (1995). Ölçüm belirsizliği. Ulusal Metroloji Enstitüsü (UME).
  36. Shah, R.K. & Sekulić D.P. (2003). Fundamentals of heat exchanger design. New Jersy, USA: John Wiley and Sons.
  37. Şenoğlu, B. ve Acıtaş, Ş. (2014). İstatistiksel deney tasarımı: sabit etkili modeller. Ankara: Nobel Akademik.
  38. Tang, L.H., Min, Z., Xie, G.N. & Wang, Q.W. (2009). Fin pattern effects on air-side heat transfer and friction characteristics of fin-and-tube heat exchangers with large number of large-diameter tube rows. Heat Transfer Engineering, 30 (3), 171–180. Doi: https://doi.org/10.1080/01457630802304253
  39. Wang, C. C., Lee, W.S. & Sheu, W. J. (2001). A comparative study compact enhanced fin-and-tube heat exchangers. International Journal of Heat and Mass Transfer, 44, 3565–3573. Doi: https://doi.org/10.1016/S0017-9310(01)00011-4
  40. Yan, W.M. & Sheen, P.J. (2000). Heat transfer and friction characteristics of fin-and-tube heat exchangers. International Journal of Heat and Mass Transfer, 43, 1651–1659.Doi: https://doi.org/10.1016/S0017-9310(99)00229-X
  41. Yılmaz, M., Comakli, O., Yapici, S. & Sara, O.N. (2005). Performance evaluation criteria for heat exchangers based on first law analysis. Journal of Enhanced Heat Transfer, 12 (2), 121–157. DOI: https://doi.org/10.1615/JEnhHeatTransf.v12.i2.10
  42. Yılmaz, R. (2023). Spiral kanatlı-borulu ısı değiştiricilerin ısıl-hidrolik özelliklerinin incelenmesi (Doktora Tezi). Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir.
  43. Yılmaz, R. & Özbalta, N. (2025). Investigation of the thermal-hydraulic properties of a L-footed spiral finned tube heat exchanger and derivation of new empirical correlations. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 40(2), 1357–1370. Doi: https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1390936
  44. Yuan, M., Liu, G., Zhang, X., Zhang, W., Yang, Y., Song, JH. & Lim, HC. (2023). Heat transfer enhancement for spiral finned tubes with triangular winglets. International Journal of Heat and Mass Transfer, 205, 123918. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.123918
  45. Zhou, H., Liu, D., Sheng, Q., Hu, M., Cheng, H. & Cen, K. (2020). Research on gas side performance of staggered fin-tube bundles with different serrated fin geometries. International Journal of Heat and Mass Transfer, 152, 119509. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119509
  46. Kırtepe, E. & Özbalta, N. (2018a). Experimental investigation of heat transfer and friction characteristics in l-footed spiral fin-tube banks. European Journal of Science and Technology, (Special Issue), 38–44.