Geri Dön

Taşıtlarda kullanılan kompakt ısı değiştirici tasarımı

Compact heat exchanger design for vehicles

  1. Tez No: 142651
  2. Yazar: MELİH METİN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. CEM PARMAKSIZOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2003
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 113

Özet

Isı değiştiricileri altı grupta toplanır; Isı transferi sürecine göre, yüzey yoğunluğuna göre, geometrisine (konstrüksiyona) göre, akış şekline göre, akışkan sayısına göre ve ısı transferi mekanizmasına göredir. Isı transferi sürecine göre doğrudan temaslı veya dolaylı temaslı olarak ikiye ayrılır. Yüzey yoğunluğuna göre ısı değiştiricileri kompakt ve kompakt olmayan şeklinde iki grupta toplanır. Isı transferi yüzey alanının ısı değiştiricisi hacmine oram o ısı değiştiricisinin kompaktlığını gösterir. Eğer bir ısı değiştiricisinde bu oran 700 m2/m3'den fazla ise bu tip ısı değiştiricilerine kompakt ısı değiştiricileri denir. Bunun tam tersi olarak, oran 700 m2/m 'den az ise bu ısı değiştiricisi kompakt olmayan bir ısı değiştiricidir. Geometrisine göre ısı değiştiricileri dört grupta toplanır: Borum ısı değiştiriciler, levhalı ısı değiştiriciler, kanatlı yüzeyli ısı değiştiriciler ve rejeneratif ısı değiştiricileridir. Isı değiştiricisinin içerisinde paralel, ters ve çapraz akış şekilleri vardır. Bunlardan ters akışlı olanda en fazla verim elde edilir. Isı transferi mekanizmasına göre ısı değiştiricileri dört grupta toplanır. Tek faz -Tek faz taşınım, İki faz - Tek faz taşınım, İki faz - İki faz taşınım ve Taşınım + ışınım' dır. Isı değiştiricisi içerisinden geçen akışkan sayısı çoğunlukla ikidir. Ancak bazı özel durumlarda üç veya daha fazla olabilir. Soğutma sistemi, motoru en verimli bir şekilde çalışabileceği sıcaklık bölgesinde tutabilecek şekilde dizayn edilmektedir. Bunu gerçekleştirebilmesi içinde motordan yüksek bir miktarda ısıyı dışarı atmalıdır. Soğutma sistemi bu ısıyı üç şekilde dışarı atar: İletim, taşınım ve radyasyon' dur. Soğutma sistemi bu üç yolu kullanarak ısının dışarı atılmasını maksimum düzeye getirebilecek şekilde dizayn edilmektedir. Çeşitli soğutma sistemleri otomobiller üzerinde kullanılmaktadır. Hava soğutmalı motorlarda havanın kanatlar üzerinden geçmesi suretiyle motor bloğu ve silindir kafaları soğutulmaktadır. Isı motor çevresinden geçmekte olan havaya atılmaktadır. Su soğutmalı sistemlerde ise motor çevresindeki kanalların içerisinden su ve antifreze karışımı geçirilerek motor soğutulmaktadır. Soğutucu akışkan bir pompa vasıtasıyla motor bloğuna gönderilir. Buradan su kanalları yardımıyla akışkan silindir bloğu çevresinden geçer oradan da radyatöre ulaşır. Radyatöre ulaşan soğutucu akışkan radyatör içerisinden geçen hava yardımıyla da soğutulur. Bir soğutma sisteminin dizaynını ve çalışma şeklini anlayabilmek için soğutucu akışkanın özelliklerini belirlemek çok önemlidir. Soğutucu akışkanın donmasını önlemek ve kaynama sıcaklığım arttırmak için içerisine antifreze katılır. Ayrıca antifreze katılmak suretiyle soğutma sisteminde oluşabilecek olan korozyonda önlenmiş olur. Soğutma sisteminin verimli bir şekilde çalışabilmesi için, sistemi oluşturan su pompası, su ceketleri, termostat, radyatör, basınç kapağı, genleşme tankı, fan, xııdavlumbaz, kayış ve sıcaklık göstergeleri gibi parçaların her an çalışır durumda ve bakımlı olması gerekmektedir. Radyatör, soğutucu akışkanın ısısını alan soğutma sisteminin en önemli elemanıdır. Soğutucu akışkan radyatör içerisindeki ince borulardan geçer. Bu arada havada radyatör dışından geçerek soğutucu akışkanın sıcaklığı düşürülmüş olur. ' Günümüzde aşağı veya çapraz akışlı radyatörler kullanılmaktadır. Soğutma sistemininde ortalama 1,5 barlık basıncın korunabilmesi için radyatör üzerinde basınç kapağı bulunmaktadır. Basınç, soğutucu akışkanın kaynama noktasını arttırır, kavitasyonu azaltır, radyatör borularını korur. Isı değiştiricilerinin bir çok uygulama alanına bulunmaktadır. Dolayısıyla ısı değiştiricisi araştırma ve geliştirmelerinin uzun bir tarihçesi vardır. Araştırma ve geliştirmeler halen günümüzde büyük bir hızla sürdürülmektedir. Bu çalışmalar ısı transferini daha iyi hale getirebilmek için yapılmakta ve bunu sağlamak içinde yeni ve özel ısı transferi yüzey alanları dizayn edilmektedir. Bu çalışmada ısı değiştirici hesaplamalarında kullanılabilecek bazı yaklaşım methodları verilmiştir. Dizayn aşamasında kullanılabilecek olan hesap yöntemleri ile ilgili olarak, bütün ısı değiştiricileri için tek bir prosedür ortaya koymak mümkün değildir. Çünkü parametreler her bir durum için farklılık göstermektedir. Isı değiştirici hesaplamalarında kullanılan en genel yöntemler LMTD (Logarithmic Mean Temperature Difference) ve NTU (The Number of Transfer Units) 'dır. Hesaplamalar sırasında her iki yöntemde kullanılabilir. Ancak NTU yöntemin diğerine göre bazı avantajları vardır. Örneğin ty, th0, rhc ve riıh değerleri biliniyor ve A yüzey alanı hesaplanması gerekiyor. U toplam ısı transferi katsayısının hesaplanabilmesi için her iki yöntem -kullanılarak ısı transferi katsayısı hesaplanmalıdır. NTU Yöntemi kullanılarak; l-Verilen değerler yardımıyla 8 verim ve Cmin/Cmax. değerleri hesaplanır. 2-Akış şekline göre 8 -NTU eğrileri kullanılarak NTU değeri hesaplanır. 3-A=NTU(Cmin/U) formülü yardımıyla da alan hesaplanır. LMTD Yöntemi kullanılarak; l-Verilen sıcaklık değerleri yardımıyla P ve R değerleri hesaplanır. 2- Uygun eğriler kullanılarak F düzeltme faktörü saptanır. 3-LMTD değeri hesaplanır. 4-q=Cc(tco-tcpCh(thi-tho) eşitliği kullanılarak, A=q/U(F)(LMTD)'dan alan hesaplanır. Ayrıca A, U, rhc, riıh, ty, ta değerleri bilinseydi ve çıkış sıcaklıkları olan th0 ve tco'nun hesaplanması gerekseydi, NTU Yöntemi kullanılarak; l-Verilen değerler yardımıyla NTU=UA/Cmin hesaplanır. 2-NTU, Cmin/Cmax. değerleri kullanılarak akış şekline göre uygun eğriler kullanılmak suretiyle 8 değeri hesaplanır.4-qK^Wtci)^h(thi-tho) formülü yardımıyla da ikinci akışkanın çıkış sıcaklığı hesaplanır. LMTD yöntemi kullanılarak; l -R=Cc/Ch'dan R değeri hesaplanır. 2-Akışkanlardan birinin çıkış sıcaklığı için bir değer verilir ve bunun yardımıyla da bir P değeri belirlenir (Birinci iterasyon) 3-Uygun eğriler yardımıyla F değeri bulunur. (Birinci iterasyon) 4-LMTD değeri belirlenir. 5-q=UAF(LMTD) formülü yardımıyla q değeri saptanır. 6-İkinci akışkanın çıkış sıcaklığı hesaplanır ve ikinci adımda birinci akışkan için verilen değer ile karşılaştırılır. 7-Uygun bir değer elde edilene kadar iki ve altı numaralar arasındaki adımlar tekrarlanır. Açıkça anlaşılabileceği üzere, NTU yöntemi ile daha hızlı bir şekilde sonuca ulaşılmaktadır. Bu sebepten dolayıdır ki; tezin hazırlanması sırasında NTU yöntemi kullanılmıştır. Yukarıda verilen bilgilere ek olarak, bu çalışmada bir araç radyatörü için ısıl performans testi yapılmıştır. Sonuçlar NTU yöntemi kullanılarak irdelenmiştir. Sonuç olarakta, ısı transferi hesaplama yöntemleri kullanılarak, mevcut radyatör için, (Rehava-j) Reynolds sayısı-radyatör hava tarafındaki ısı taşınım katsayısı j faktörü ve radyatör performans karakteristik eğrileri çıkartılmıştır.

Özet (Çeviri)

The heat exchangers are divided into six grups; Heat transfer process, surface compactness, geometry (construction), flow type, number of fluids and heat transfer mechanism. According to the heat transfer process classifıcation, the direct contact and the indirect contact type of heat exchangers are available. Classification to the surface compactness has two types; The ratio of heat transfer surface area to the volume of the system in heat exchangers is the measure of compactness. If the ratio is more than 700 m2/m3, this heat exchanger is called as a compact heat exchanger. in contrary, the heat exchanger is not a compact öne if this value is less than 700 m2/m3. Classification to the geometry has four types: Tube type heat exchangers, plate type heat exchangers, extended surface type heat exchangers and regenerative type heat exchangers. Paralel flow, counter flow and cross flow are the types of flow in heat exchangers. Counter flow gives the highest effectiveness. in the classifîcation according to the heat transfer mechanism, there are four items: öne phase flow convection in both sides, two phase flow convection in öne side and öne phase flow convection in the other side, two phase flow convection in the both'Sides and finally convection and radiation together. The number of fluids are mostly two in heat exchangers but in special procosses three ör more number of fluids may be used. The cooling system is designed to maintain the most efficient operating temperature within the engine. To do this, the cooling system must remove large quantities of heat from the engine. The cooling system uses three means of heat transfer to accomplish this: conduction, convection and radiation. it is designed to maximize the principles of heat transferring heat by these three means. Several types of cooling systems are now being used on the automobile. Air-cooled engines use air passing över fins to cool the engine block and cylinder heads. Heat is dissipated to the air passing around the engine. Liquid-cooled engines circulate a mixture of antifreeze and water through the engine to remove heat. The coolant is pumped with a water pump into the engine block, through internal passages, into the cylinder head, and into a radiator. Air flows through the radiator to remove the excess the heat captured by the coolant, which is either recirculated without being cooled ör sent to the radiator to be cooled. To understand the design and operation of the cooling system, it is important to identify coolant characteristics. Antifreeze is added to the coolant to protect it against freezing. Antifreeze also raises the coolant's boiling point, and it reduces corrosion within the cooling system. The cooling system has many parts that enable it to operate effectively. These include the water pump, water jackets, thermostat, radiator, pressure çap, expansion tanks, fan, shrouds, belts and temperature indicators.The main part of the cooling system is the radiator used to remove heat from the coolant. The coolant passes through small tubes inside the radiator. Air flow across the tubes and removes the heat. Both down-flow and cross-flow radiators are used in vehicles today. A pressure cap is placed on the radiator to maintain approximately 1,5 bars of pressure on the cooling system. The pressure increases the boiling point of coolant, reduces cavitation, protects radiator hoses and reduces surging. Because there are many important. applications, heat exchanger research and development has a long history. Such activity is by no means complete, however, as many talented workers continue to seek ways of improving design and performance. In fact, with heightened concern for energy conservation, there has been a steady and substantial increase in activity. A focal point for this work has been heat transfer enhancement, which includes the search for special heat exchanger surfaces through which enhancement may be achieved. In this study we have attempted to develop tools that will allow you to perform approximate heat exchanger calculations. More detailed considerations of the subject are available in the literature, including treatment of the uncertainties associated with heat exchanger analysis. Regarding design procedure for sensible heat transfer, it is diffucult to devise one procedure for designing all heat exchangers because the given parameters vary from situation to situation. All of the terminal temperatures may be known or only the inlet temperatures may be given. The mass flow rates may be fixed in some cases and variable in others. Usually the surface area is not given. LMTD (Logarithmic Mean Temperature Difference) and NTU (Number of Transfer Units) are the general heat exchanger design procedures. Either method may be used, but the NTU method. ha certain advantages. Consider the design problem where thi, th0, mc and mh are known and the area A is to be determined. With either approach the heat transfer coefficients must be determined so that the overall coefficient U can be computed. The NTU approach then proceeds as follows; 1 -Compute the effectiveness £ and Cmin/Cmax. from the given data. 2-Determine the NTU for the particular flow arrangment from the S-NTU curve. 3-Compute A from A=NTU(Cmir/U) The LMTD approach is as follows; 1 -Compute P and R from the given terminal temperatures. 2-Determine the correction factor F from the appropriate curve 3-CalcuJate the LMTD for an equivalent counterflow exchanger 4-Calculate A from A=q/U(F)(LMTD) where q=Cc(tCo-tci)=Ch(thi-tho) The NTU approach requires somewhat less effort in this case. Consider the design problem where A, U, rhc, mh, thi and t^ are given, and it is necessary to find the outlet temperatures th0, tc0. The NTU approach is as follows; 1 -Calculate the NTU=UA/Cmin from given data 2-Find £ from teh appropriate curve for the flow arrangment using NTU and ^min'^max- 3 -Compute one outlet temperature 4-Compute the other outlet temperature from, q=Cc(tco-tCi)=Ch(thi-tho) The LMTD approach requires the following iteration; xvi2- Assume one outlet temperature in order to compute P (first approximation) 3 -Find F from the appropriate curve (first approximation) 4-Evaluate LMTD (first approximation) 5-Determine q=UAF(LMTD) (first approximation) 6-Calculate outlet temperature to compare with the assumption of step 2 7-Repeat steps 2 through 6 until a satisfactory agreement is obtained. It is obvious that the NTU method is much more straight forward in this latter problem so in this study NTU method is used. In additional to all given above, in this study heat performans test is implemented for a vehicle radiator. The test results are checked by using NTU method in order to compare the diffrence of outcome between the test and calculation results. Consequently, by using the heat transfer design procedures, for the specified radiator; (Retava-j) Reynolds number-j factor of heat transfer coefficient for air side and radiator performance characteristic curves are obtained. xvii

Benzer Tezler

  1. Tez No

    274666

    Yanıt yüzey yöntemi yardımı ile ısı değiştirici optimizasyonu

    Heat exchanger optimization with the helping of response surface method

    ABDUSSAMET SUBAŞI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    Makine MühendisliğiAtatürk Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BAYRAM ŞAHİN

  2. Tez No

    363872

    Kendini dengeleyebilen iki tekerlekli aracın tasarımı ve kontrolü

    Design and control of self-balancing two wheeled vehicle

    ULAŞ ÇELİK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. AYHAN KURAL

  3. Tez No

    461745

    Taşıtlarda kullanılan koltukların dinamik çarpışma simülasyonuyla tasarımı ve optimizasyonu

    Dynamic crash simulation and design optimization of the seats using in vehicle

    ÖZGÜR ÖZLÜ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Makine MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET ÇALIŞKAN

  4. Tez No

    662966

    Taşıtlarda kullanılan boya, macun ve kaplama malzemelerinin aerodinamik direnç katsayısına etkilerinin incelenmesi

    Investigation of the effects of paint, paste and coating materials used on vehicles on aerodynamic drag coefficient

    ANIL OKAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Makine MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi

    Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. KEMAL ERMİŞ

  5. Tez No

    285057

    Plastik şekil verme ile monte edilen yatak sistemlerinde oluşan kuvvetlerin saptanması

    Determination of residual forces in bearing systems assembled by plastic deformation

    SERKAN ÇAKIR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    Makine MühendisliğiEge Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. K. TURGUT GÜRSEL

Geri Dön