Gövde Borulu Isı Değiştiricilerinde Farklı Tip Şaşırtma Levhalarının Isı ve Akış Analizi

Heat and Flow Analysis of Different Type Baffle in Shell and Tube Heat Exchanger

Özet

Gövde – boru tipi ısı değiştirici tasarımları hem analitik yöntemlerle hem de hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yazılımları ile sayısal olarak yapılabilmektedir. Bu çalışmada model olarak küçük boyutlardaki gövde – boru tipi bir ısı değiştirici tasarlanmıştır. Modellemede bir gövde, bir boru geçişli gövde – boru tipi ısı değiştirici kullanılmıştır. Yapılan çalışmada gövde içindeki boruların yüzey sıcaklığı sabit kabul edilmiş, sadece gövde tarafı akış analizi gerçekleştirilerek, ısı taşınım katsayısı ve akış özellikleri incelenmiştir. Farklı şaşırtma levha tipleri, akış hızları, türbülans modelleri, ağ boyutları kullanılarak gövde tarafı basınç düşümleri ve ısı taşınım katsayıları için ANSYS Fluent programında HAD analizleri yapılmıştır. Tek parçalı şaşırtma levhaları için elde edilen sayısal sonuçlar Kern analitik yönteminden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Tek parçalı, disk ve halka şeklindeki şaşırtma levhası kullanılan gövde – boru tipi ısı değiştiricisinin ısı taşınım katsayısı ve basınç düşümü incelenmiştir. Ağ yapısının ısı transferine olan etkisi incelenip sıkı ağ yapısının daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Türbülans modellerinin karşılaştırılmaları yapılıp daha iyi sonuç veren 𝒌 − 𝜺 türbülans modeli diğer analizlerde kullanılmıştır.

Abstract

Shell - tube heat exchanger designs can be performed both analytical methods and numerical methods by using the computational fluid dynamics (CFD) software. In this study, a small size shell - tube type heat exchanger was designed as a model. In the modelling, shell and tube heat exchanger with one shell pass and one tube pass was used. In the performed study, the surface temperature of the tubes in the shell was assumed to be constant, only shell side flow analysis was performed and shell side heat transfer coefficient and flow properties were investigated. CFD analysis were performed by using ANSYS Fluent to determine the pressure drop and heat transfer coefficient by using different flow velocity values, turbulence models, mesh, baffle types and numerical results obtained for single baffle were compared with Kern analytical method results. Heat convection coefficient and pressure drop were investigated in using single, disc and dougnut baffle. The effect of mesh on heat transfer was examined and it was seen that fine mesh gave better results. Comparisons of turbulence models were made and the 𝑘 − 𝜀 turbulence model which gives better results used in all analyzes.