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
- Bazı esterlerin kinetik incelenmesi ve termodinamik parametrelerin belirlenmesi
Kinetic study and detesmination of thermodnamic parameters of some esters
İBRAHİM TAŞ
- İzmir'de bazı yolların kapatılarak yaya bölgeleri oluşturma da kent peyzajını geliştirme açısından yeniden planlanması üzerinde araştırmalar
Başlık çevirisi yok
BAHAR TÜRKYILMAZ
- Testosteron dihidrotestosteron ve östrojenin benign prostat hiperplazisindeki etyolojik rolleri
The roles of testosterone, dihydrotestosterone and estradiole on the etiology of benign prostatic hyperplasia
HALUK TOKUÇOĞLU
- Süt formüllerinin tüketim uygulamaları ve süt formüllerinin C vitamini içeriği ile pH değerleri
Başlık çevirisi yok
GÖNÜL VAROL
