Farklı geometrilere sahip boru demetleri üzerindeki çapraz akışta ısı transferinin incelenmesi
Investigation of heat transfer in crossflow over tube bundles with different geometries
- Tez No: 1011215
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SELMA AKÇAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Çankırı Karatekin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, farklı kesit geometrilerine sahip dört farklı boru demeti tasarımının akış ve ısı transferi karakteristikleri 3000 ≤ Re ≤ 21000 Reynolds sayısı aralığında sayısal olarak incelenmiştir. Dairesel kesitli klasik boru demeti (Model 1) referans alınarak gerçekleştirilen analizler, literatürde yer alan deneysel ve sayısal çalışmalar ile ampirik bağıntılar kullanılarak doğrulanmıştır. İncelemeler kapsamında hız, sıcaklık ve basınç alanlarının yanı sıra Nusselt sayısı, ısı transfer katsayısı, sürtünme faktörü, basınç düşüşü, fan gücü, Colburn j-faktörü, performans faktörü, türbülans kinetik enerjisi ve vorteks büyüklüğü gibi karakteristikler değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, Model 1'in tüm Reynolds sayılarında en yüksek Nusselt sayısı ve ısı transfer katsayısını sağladığını; ancak buna karşılık en yüksek sürtünme kayıpları, basınç düşüşü ve fan gücü gereksinimlerine sahip olduğunu göstermiştir. Aerodinamik kesitli Model 3, gecikmiş akış ayrılması, dar iz bölgesi ve düşük türbülans seviyeleri sayesinde en düşük basınç kaybı ve enerji tüketimini sunmuş; buna karşın ısı transferi performansı Model 1'e göre %27–38 oranında daha düşük kalmıştır. Model 2 ve Model 4 geometrileri ise ısı transferi ile hidrodinamik kayıplar arasında daha dengeli bir davranış sergileyerek, incelenen Reynolds sayısı aralığında en yüksek performans faktörü değerlerini üretmiştir. Ayrıca, Reynolds sayısının artmasıyla tüm tasarımlarda ısı transferinin belirgin biçimde arttığı, buna karşılık basınç düşüşü ve fan gücünün doğrusal olmayan şekilde yükseldiği belirlenmiştir. Genel olarak, boru demeti geometrisinin akış yapısı, türbülans üretimi ve sınır tabaka gelişimi üzerinde belirleyici olduğu; dolayısıyla ısı transferi artışı ile hidrodinamik kayıplar arasındaki ödünleşimin termo-hidrolik tasarım ve optimizasyon sürecinde kritik bir rol oynadığı ortaya konmuştur. Bu bulgular, farklı mühendislik uygulamaları için uygun boru demeti geometrisinin seçimine yönelik önemli tasarım kriterleri sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this study, the flow and heat transfer characteristics of four different tube bundle designs with distinct cross-sectional geometries were numerically investigated over a Reynolds number range of 3000 ≤ Re ≤ 21000. The conventional circular tube bundle (Model 1) was adopted as the reference configuration, and the numerical results were validated using available experimental and numerical data from the literature as well as empirical correlations. The analyses evaluated flow and heat transfer characteristics such as velocity, temperature, and pressure fields, as well as Nusselt number, heat transfer coefficient, friction factor, pressure drop, fan power, Colburn j-factor, performance factor, turbulent kinetic energy, and vortex magnitude. The results indicate that Model 1 provides the highest Nusselt number and heat transfer coefficient across all Reynolds numbers; however, it also exhibits the highest friction losses, pressure drop, and fan power requirements. The aerodynamically shaped Model 3 achieves the lowest pressure drop and energy consumption due to delayed flow separation, a reduced wake region, and lower turbulence levels, although its heat transfer performance is 27–38% lower than that of Model 1. In contrast, Model 2 and Model 4 geometries demonstrate a more balanced behavior between heat transfer enhancement and hydrodynamic losses, yielding the highest performance factor values within the investigated Reynolds number range. Furthermore, increasing the Reynolds number significantly enhances heat transfer for all configurations, while the pressure drop and fan power increase in a nonlinear manner. Overall, the results reveal that tube bundle geometry plays a decisive role in governing flow structure, turbulence generation, and boundary layer development. Consequently, the trade-off between heat transfer enhancement and hydrodynamic penalties is critical for thermo-hydraulic design and optimization. The findings of this study provide valuable design guidelines for selecting appropriate tube bundle geometries in various engineering applications.
Benzer Tezler
- Eklemeli imalat yöntemlerinde üretim parametrelerinin ve parça geometrisinin son ürün özellikleri üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of production parameters and part geometry on the final product properties in additive manufacturing methods
AYSU HANDE YÜCEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAKKAL
- Bir cisim etrafındaki sualtı akış gürültüsünün teorik ve deneysel olarak incelenmesi
Therotical and experimental investigation of underwater flow noise around submerged bodies
SERTAÇ BULUT
Doktora
Türkçe
2022
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN
- A numerical investigation of total temperature probes measurement performance
Toplam sıcaklık problarının ölçüm performansının sayısal bir incelemesi
ERDEM MERİÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FIRAT OĞUZ EDİS
- Yüzen bir cismin su altı patlamalarına karşı yapısal davranışının nümerik yöntemler ile analizi
Analysis of the structural behavior of a floatingobject to underwater explosion by numerical methods
FUAT KABAKCIOĞLU
Doktora
Türkçe
2023
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTEKİN BAYRAKTARKATAL
- Manufacture and testing of a composite driveshaft for automotive applications
Kompozit malzemeli bir şaftın otomotiv uygulamaları için üretimi ve testi
SAMET TATAROĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN