Değişik kanat profilli ısıtıcı ve soğutucu elemanlarda yüzeyden olan ısı transferinin sayısal analizi ve modellemesi

Abstract

Bu tez çalışmasının amacı kanatçık uygulamalarının en çok kullanıldığı ısı değiştiricilerinde enerjinin ekonomik olarak kullanılması ve optimum boyutlarda tasarlanabilmesi için verilen çevre şartlarına göre üç farklı kanatçık çeşidinin ısı transferi analizlerinin ve optimizasyonun bilgisayar yardımı ile detaylı olarak yapılabilmesidir. Tez çalışmasında dikdörtgen kesitli düz ve dairesel kanatçıklar ile silindirik iğne kanatçığın üç farklı sınır şartına göre analitik olarak bir boyutlu analizleri yapılarak, sıcaklık dağılımı, ısı geçişi, verimlilik ve etkenlik formülleri elde edilmiş ve daha sonra belirli çevre şartlarında kanatçıktan istenen ısı geçişine göre minimum ağırlıkta olacak şekilde kanatçıkların optimum ebatlarını veren formüller analitik olarak belirlenip bilgisayar programına aktarılmıştır. Çalışma sonucunda verilen ısı geçişi ve sabit çevre şartlarında dikdörtgen kesitli düz ve dairesel kanatçıkların optimum kanatçık boyunu belirlemede ısı iletim katsayısının etkisinin olmadığı, ısı taşınım katsayısının ise ters oranda etkili olduğu görülmüştür. Silindirik iğne kanatçık optimizasyonunda ise ısı iletim katsayısı ve ısı taşınım katsayısının optimum iğne kanatçık boyu ve çapını belirlemede çok büyük etkisi olduğu tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra kanatçık hacminin azaltılması için tek kanatçık yerine eşdeğer ısı geçişine sahip olacak şekilde daha fazla sayıda silindirik iğne kanatçık kullanılmalıdır. Yüksek ısı iletim katsayısına sahip malzemelerden yapılmış kanatçıklar daima en az malzeme ile yapılabilecek küçük ebatlarda ısı değiştirici cihaz ve donanımlar imal etmeye imkân tanır. ANAHTAR KEL MELER: Kanatçık performans faktörü, düzeltilmiş kanatçık boyu, sıcaklık dağılımı, ısı geçişi, kanatçık verimi, kanatçık etkenliği, optimizasyon, optimum kanatçık kalınlığı, optimum kanatçık boyu

The purpose of this thesis is to make heat transfer analysis and optimization of three different types of fins according to specified surrounding conditions by the aim of computer which is most used in heat exchangers for using energy economically and designing at optimal dimensions. One-dimensional analysis of longitudinal and radial fins of rectangular profile and cylindrical spine have done analytically according to tree different boundary conditions and equations of temperature distribution, heat dissipation, efficiency and effectiveness of fins were obtained and then the equations of optimum fin dimensions were determined analytically and transferred to computer program for desired heat dissipation of fin at specified surroundings that will minimize it?s mass. It was found that thermal conductivity has not an influence to determine optimum fin height of longitudinal and radial fins of rectangular profile for a given heat dissipation at constant surrounding conditions. But it has been shown that heat transfer coefficient has an effect of inverse proportional. Although, in the cylindrical spine optimization, the great amount of effects of thermal conductivity and heat transfer coefficient have been established into determination of optimum spine height and diameter. However, further reduction in volume is necessary; more spines must be used instead of a single cylindrical spine which has equivalent heat dissipation. Fins which are made of high thermal conductivity materials are always allowed to manufacturing of heat exchanger device and equipments with least material that will have small dimensions. KEYWORDS: Fin performance factor, corrected fin height, temperature distribution, heat dissipation, fin efficiency, fin effectiveness, optimization, optimum fin thickness, optimum fin height.