Geri Dön

Hidrofobik yüzeylerin ısı değiştirici performansı üzerine etkilerinin deneysel incelenmesi

Experimental investigation of the effects of hydrophobic surfaces on heat exchanger performance

PDF İndir

  1. Tez No: 785571
  2. Yazar: SALİH DAĞLI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZBEY
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Basınç kaybı, Enerji verimliliği, Hidrofobik kaplamalar, Isı değiştiriciler, Isı transferi, Kirlenme, Temas açısı, Pressure loss, Energy efficiency, Hydrophobic coatings, Heat exchangers, Contact angle
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Ondokuz Mayıs Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu çalışmada, contalı plakalı ısı değiştiricinin mevcut tasarımı değiştirilmeden, plaka ıslak yüzeylerine uygulanan hidrofobik kaplamaların ısı transferi, basınç kaybı, kirlenme, mekanik dayanım ve enerji verimliliği üzerine etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Reynolds değerleri 10000 ile 30000 arasında eşit aralıklı beş farklı değer olarak ayarlanmıştır. Akışkan giriş sıcaklıkları 52, 62 ve 72 ⁰C olarak belirlenmiştir. FEP (florlu etilen propilen) malzeme içerisine hidrofobikliği artırmak için kütlece %3, %7 ve %10 oranında h-BN (hegzagonal bor nitrür) nanopartikül eklenmiş, yüksek hidrofobik özelliğe sahip, ucuz ve kolay uygulanabilir yeni bir hidrofobik kaplama solüsyonu sentezlenmiştir. Plaka ıslak yüzeyleri FEP, FH3 (FEP+%3 h-BN), FH7 (FEP+%7 h-BN) ve FH10 (FEP+%10 h-BN) olmak üzere dört farklı hidrofobik özelliğe sahip nanopartikül takviyeli karbon bazlı polimer solüsyon ile kaplanmıştır. Hidrofobik yüzey kaplama işlemi uygulanmış ısı değiştiriciden elde edilen ısı transferi, basınç kaybı, kirlenme, mekanik dayanım ve pompa gücü sonuçları, kaplamasız ısı değiştirici ile karşılaştırılmıştır. Kaplanan yüzeylerin temas açıları sırasıyla 95º, 121º, 135º ve 113º olarak ölçülmüştür. Artan h-BN oranı ile temas açısı artmış fakat kütlece %10 eklendiği durumda yüzeyde oluşan pürüzlülük ve kaplama film kalınlığının artması ile temas açısı azalmıştır. Isı değiştirici etkinliğinin hidrofobik özellik ile doğru orantılı olarak arttığı gözlemlenmiştir. Hidrofobik kaplama uygulanmış ısı değiştiricilerde en yüksek etkinlik FH7 kaplama ile elde edilmiş olup bu değer 0.543 olarak tespit edilmiştir. Hidrofobik kaplama ile ısı transferinde yaklaşık %17.14 azalma olduğu belirlenmiştir. Basınç kayıpları en iyi hidrofobik özelliğe sahip olan FH7 kaplı ısı değiştiricide, kaplama işlemi uygulanmamış ısı değiştiriciye göre %71.28 daha düşük oranlarda gerçekleşmiştir. Yerel kayıplarda ise FH7 kaplı ısı değiştiricide %25.5 iyileşme sağlanmıştır. Hidrofobik yüzey kaplamaları ile ısı değiştiricide meydana gelen kirlenme oluşumu %82 oranında azaltılmıştır. Kirlenme etkilerinin azaltılması sonucunda FH7 kaplı ısı değiştiricide ısı transferinde %38.22 artış sağlanmıştır. En düşük sürtünme katsayısı FH7 kaplı ısı değiştiricide 0.21 olarak belirlenmiş ve aşınma oranlarında kaplamasız duruma göre %74.69 iyileşme elde edilmiştir. Sirkülasyon pompalarının enerji tüketimi FH7 kaplama sayesinde %17.76 oranında azaltılmıştır.

Özet (Çeviri)

In this study, the effects of hydrophobic coatings applied to plate wet surfaces on heat transfer, pressure drop, fouling, mechanical strength, pump power and heat exchanger performance were experimentally investigated by keeping the existing designs of gasketed plate heat exchangers constant. The Reynolds values were set to five different values equally spaced between 10000 and 30000. The temperature of the inlet fluid was set at 52, 62 and 72 ⁰C, respectively. In order to increase the hydrophobicity of the FEP (Fluorinated Ethylene Propylene) material, 3%, 7% and 10% by mass weighted of h-BN (Hexagonal Boron Nitride) nanoparticles were added in the solution. A cheap and easily applicable new hydrophobic coating solution which has high hydrophobic properties was synthesized. The wet surfaces of the plate were covered with a nanoparticle reinforced carbon-based polymer solution with four different hydrophobic properties: FEP, FH3 (FEP+3% h-BN), FH7 (FEP+7% h-BN) and FH10 (FEP+10% h-BN). The heat transfer, pressure drops, fouling, mechanical strength and pump power results obtained from the heat exchanger with hydrophobic surface coating were compared with the uncoated heat exchanger. The contact angles of the coated surfaces were measured as 95º, 121º, 135º and 113º, respectively. The contact angle increased due to high h-BN ratio, but when 10% by mass was added, the contact angle decreased with the increase in surface roughness and coating film thickness. It was observed that the efficiency of the heat exchanger increased in direct proportion to the degree of hydrophobicity. The highest efficiency value in hydrophobic heat exchanger was found in the FH7 coating and was determined as 0.543. It was determined that there was a decrease of approximately 17.14% in heat transfer with the hydrophobic coating. The pressure drops were 71.28% lower in the FH7 surface coated heat exchanger, which has the best hydrophobic property, compared to the heat exchanger without any coating process. In local losses, 25.5% improvement was achieved in the FH7 coated heat exchanger. Thanks to the hydrophobic surface coatings, the formation of fouling in the heat exchanger has been reduced by 82%. As a result of reducing the effects of fouling, 38.22% increase in heat transfer was achieved in the FH7 coated heat exchanger. The lowest coefficient of friction was determined as 0.21 in the FH7 coated heat exchanger, and 74.69% improvement was obtained in abrasion rates compared to the uncoated heat exchanger. The energy consumption of the circulation pumps has been reduced by 17.76% thanks to the FH7 coating.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    100758

    Adsorption heat pumps utilizing zeolite coatings grown on metal surfaces

    Metal yüzeyler üzerinde sentezlenen zeolit kaplamalarının kullanıldığı adsorpsiyon ısı pompaları

    MELKON TATLIER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2000

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. AYŞE ERDEM ŞENATALAR

  2. Tez No

    557460

    Synthesis and applications of amphiphilic graft copolymers

    Amfifilik aşı kopolimerlerin sentezi ve uygulamaları

    GÖZDE AKTAŞ EKEN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. METİN HAYRİ ACAR

  3. Tez No

    632581

    Mikroskobik kanallar üzerinde gerçekleşen ıslanma dinamikleri

    Wetting dynamics on microscopic channels

    ÖZLEM ÖZTÜRK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CEM ÖZGÜR SERVANTİE

  4. Tez No

    424079

    Çok tabakalı elektrokromik yüzey malzemeleri ve özellikleri

    Multilayer electrochromic surface meterials and properties

    GÜLİZAR ELİF DEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Polimer Bilim ve TeknolojisiÇanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi

    Biyomühendislik ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET YILDIRIM

  5. Tez No

    939225

    Targeting circulating breast cancer stem cells via mTOR and WNT inhibitors after bone metastasis

    Sirküle meme kanseri kök hücrelerinin kemik metastazı sonrası mTOR ve WNT inhibitörleri ile hedeflenmesi̇

    ÖZLEM ALTUNDAĞ ERDOĞAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    BiyokimyaHacettepe Üniversitesi

    Kök Hücre Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BETÜL ÇELEBİ SALTIK

Geri Dön