Experimental and numerical investigation of the effects of different parameters on a stirred heat exchanger effectiveness
[ X ]
Tarih
2024
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Adana Alparslan Türkeş Bilim ve Teknoloji Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Enerji verimliliğinin artışı hem olumsuz çevresel etkilerin azaltılması hem de işletme maliyetlerinin düşürülmesi açısından önemini korumaktadır. Endüstriyel işletmelerdeki ısıl yükler, atık ısılar, enerji tüketiminde önemli bir paya sahiptir. Bu proseslerin verimli ve tasarruflu bir şekilde yürütülmesinde ısı değiştiricilerin payı büyüktür. Bu tez çalışmasında karıştırıcılı bir ısı değiştiricinde mekanik karıştırıcının dönme hızı, Reynolds sayısı, akışkan giriş sıcaklıklarının ısı transfer performansına olan etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımıyla oluşturulan sayısal model doğrulandıktan sonra, karıştırıcı çark ve kanat geometrisinin ısı transfer performansıma olan etkisi incelenmiştir. Sayısal çalışmada ANSYS Fluent 2022 R1 yazılımında hareketli ağ yapısının modellenmesi için Hareketli Referans Sistemi (MRF) ve çözüm için düşük Reynolds düzeltmeli SST k-? türbülans modeli kullanılmıştır. Sonuç olarak; çark hızının 0'dan 200 d/dk'ya kadar artırılması, ısı transfer etkinliğinde %55,1 artış, çark yüksekliğinin H=10 mm'den H=40 mm'ye artırılması ısı transfer etkinliğinde %17,2 artış, çark çapının D=40 mm'den D=100 mm'ye artırılması ısı transfer etkinliğinde %15,9 artış, kanat açısının ?=0°'dan ?=45°'e kadar artırılması ısı transfer etkinliğinde %14,4 artış, kanat sayısının n=2'den n=3'e çıkarılması ısı transfer etkinliğinde %12,6 artış ve çark sayısının S=1'den S=2'ye çıkarılması ise ısı transfer etkinliğinde %16,7 artış sağladığı tespit edilmiştir. Bu tez çalışmasından elde edilen sonuçlarla, termal proseslerde ısı değiştiricisine ait verimliliklerin artırılmasına bağlı olarak enerji tasarruflu sistemlerin geliştirileceği değerlendirilmiştir.
Increasing energy efficiency remains crucial for both reducing adverse environmental impacts and reducing operational costs. Thermal loads and waste heat in industrial operations account for a significant portion of energy consumption. Heat exchangers play a major role in running these processes efficiently and economically. In this thesis, the effects of the mechanical stirrer's rotational speed, Reynolds number, and fluid inlet temperatures on the heat transfer performance in a stirred heat exchanger were experimentally investigated. After validating the numerical model created with computational fluid dynamics software, the impact of the stirrer's impeller and blade geometry on heat transfer performance was examined. In the numerical study, the Moving Reference Frame (MRF) for modeling the moving mesh structure and the low Reynolds corrected SST k-? turbulence model were used for the solution in ANSYS Fluent 2022 R1 software. As a result: increasing the impeller speed from 0 to 200 rpm resulted in a 55.1% increase in heat transfer effectiveness; increasing the impeller height from H=10 mm to H=40 mm resulted in a 17.2% increase; increasing the impeller diameter from D=40 mm to D=100 mm resulted in a 15.9% increase in heat transfer effectiveness; increasing the blade angle from ?=0° to ?=45° resulted in a 14.4% increase in heat transfer effectiveness; increasing the number of blades from n=2 to n=3 resulted in a 12.6% increase in heat transfer effectiveness; and increasing the number of impellers from S=1 to S=2 resulted in a 16.7% increase in heat transfer effectiveness. The results of this thesis suggest that improving the efficiency of heat exchangers in thermal processes can lead to the development of more energy-efficient systems.
Increasing energy efficiency remains crucial for both reducing adverse environmental impacts and reducing operational costs. Thermal loads and waste heat in industrial operations account for a significant portion of energy consumption. Heat exchangers play a major role in running these processes efficiently and economically. In this thesis, the effects of the mechanical stirrer's rotational speed, Reynolds number, and fluid inlet temperatures on the heat transfer performance in a stirred heat exchanger were experimentally investigated. After validating the numerical model created with computational fluid dynamics software, the impact of the stirrer's impeller and blade geometry on heat transfer performance was examined. In the numerical study, the Moving Reference Frame (MRF) for modeling the moving mesh structure and the low Reynolds corrected SST k-? turbulence model were used for the solution in ANSYS Fluent 2022 R1 software. As a result: increasing the impeller speed from 0 to 200 rpm resulted in a 55.1% increase in heat transfer effectiveness; increasing the impeller height from H=10 mm to H=40 mm resulted in a 17.2% increase; increasing the impeller diameter from D=40 mm to D=100 mm resulted in a 15.9% increase in heat transfer effectiveness; increasing the blade angle from ?=0° to ?=45° resulted in a 14.4% increase in heat transfer effectiveness; increasing the number of blades from n=2 to n=3 resulted in a 12.6% increase in heat transfer effectiveness; and increasing the number of impellers from S=1 to S=2 resulted in a 16.7% increase in heat transfer effectiveness. The results of this thesis suggest that improving the efficiency of heat exchangers in thermal processes can lead to the development of more energy-efficient systems.
Açıklama
Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Termodinamik Bilim Dalı
Anahtar Kelimeler
Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
