Enerji etkin levhalı ısı değiştiricilerin sayısal yöntemlerle tasarımı
Design of energy efficient plate heat exchangers using numerical methods
- Tez No: 947283
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HASAN KÜÇÜK, DOÇ. DR. MURAT ÜNVERDİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 137
Özet
Bu çalışmada, 1-4 kişinin bulunduğu kapalı ortamların ısı geri kazanımlı havalandırmayla iç hava kalitesinin sürdürülebilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla iklimlendirme sistemlerinde, kirli egzoz havasıyla atmosfere atılan ısının geri kazanılacağı küçük kapasiteli (50-200 m³/h) bir levhalı ısı değiştiricinin (LID) tasarımı hedeflenmiştir. LID tasarım ve işletme değişkenlerinin performans göstergelerine etkileri, Taguchi deney tasarımı ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ile incelenmiştir. Etkileri incelenen dört LID tasarım parametresi; kanal giriş geometrisi (KGG), ortalama hava akış hızı (u-m/s), kanal yüksekliği (h-mm) ve levha boyutudur (L-mm). Taguchi yöntemine göre bu tasarım parametrelerinin her biri için literatüre uygun dört alt seviye belirlenmiştir. Tasarım değişkenlerinin etkilediği LID performans göstergeleri; temiz hava tarafında geri kazanılan ısıl güç (Qgk), duyulur ısıl etkenlik (ε), akışın devamı için gerekli toplam fan gücü (Ph,t+e), hidrodinamik-ısıl büyütme oranı (HIBO) ve ısıl etkenlik ile HIBO'nun birleştirilmiş etkisini gösteren ε×HIBO olarak seçilmiştir. Bu LID performans göstergeleri için Taguchi'nin“en büyük-en iyi”ve“en küçük-en iyi”kategorilerine göre belirlenen en uygun tasarım ve işletme parametreli LID modelleri; geri kazanılan ısıl güçte-Qgk K-32-10-240 (276 m3/h), ısıl etkenlikte-ε K-20-10-240 (173 m3/h), toplam fan gücünde-Ph,t+e ve HIBO'da D-20-25-100 (32 m3/h) ve ε×HIBO'da D-20-25-120 (48 m3/h)'dir. Ayrıca HAD sonuçlarının doğruluğu, literatürdeki uygun analitik yöntemlerle incelenmiştir. LID performans göstergelerinin HAD sonuçları ile Taguchi tahminleri arasındaki farklar, geri kazanılan ısıl güç-Qgk, duyulur ısıl etkenlik-ε, toplam fan gücü-Ph,t+e, HIBO ve ε×HIBO için sırasıyla; %9.66, %16.70, %2.31, %9.16 ve %14.03'dür. En uygun tasarım ve işletme değişkenli LID modellerinin, temiz hava kanalı simetri düzleminde; statik basınç, akış doğrultusundaki hız ve sıcaklık dağılımları ile levha yüzeyindeki sıcaklık dağılımları HAD çözümleriyle görselleştirilmiş ve yorumlanmıştır. Sonuç olarak, Taguchi deney tasarımı ve HAD analizlerinin birlikte kullanıldığı çalışmada, hedef performans göstergelerine göre belirlenen tasarım ve işletme parametrelerinin en uygun alt seviyeleri ile LID modelleri tasarlanmıştır. Bu en uygun tasarımlı LID modellerinin kapasiteleri (hacimsel debiler) ve performans göstergelerinin hacimsel debiye bağlı değişimleri yine HAD analizleri ile elde edilerek değerlendirilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, it is aimed to maintain indoor air quality with heat recovery ventilation in environments where 1 to 4 occupants. For this purpose, the design of a small-capacity (50–200 m³/h) Plate Heat Exchanger (PHE) was targeted to recover the heat exhausted into the atmosphere with stale air in Heating, Ventilation, and Air Conditioning (HVAC) systems. The effects of the PHE's design and operational variables on performance criteria were examined using the Taguchi experimental design and Computational Fluid Dynamics (CFD). The four PHE design parameters investigated were: channel inlet geometry (CIG), average air velocity (u-m/s), channel height (h-mm), and plate size (L-mm). According to the Taguchi method, four sub-levels were determined for each of the design parameters in accordance with the literature. The PHE performance criteria affected by the design variables were selected as thermal power recovered on the fresh air side (Qrec.), sensible thermal effectiveness (ε), total fan power required to maintain flow (Ph,f+s), Electro-Thermal Amplification Ratio (ETAR) and ε×ETAR, which indicate the combined effect of thermal effectiveness and ETAR. Based on Taguchi's“larger-the-better”and“smaller-the-better”categories, the optimal PHE models and their capacities were determined as K-32-10-240 (276 m³/h) for recovered thermal power-Qrec., K-20-10-240 (173 m³/h) for thermal effectiveness-ε, D-20-25-100 (32 m³/h) for both total fan power-Ph,f+s and ETAR, and D-20-25-120 (48 m³/h) for ε×ETAR. In addition, the accuracy of the CFD results was also verified by the analytical methods in the literature. The differences between CFD results and Taguchi predictions for Qrec., ε, Ph,f+s, ETAR, and ε×ETAR were 9.66%, 16.70%, 2.31%, 9.16%, and 14.03%, respectively. The static pressure contours, velocity contours in the flow direction, and temperature contours on the symmetry plane of the fresh channel and temperature contours throughout the plate surface of optimal PHE models were visualized and evaluated using CFD results. In addition, the capacities (volumetric flow rates) of the optimal PHE models and the changes of performance criteria depending on volumetric flow rate were also analyzed.
Benzer Tezler
- İz akışları ve izin kontrolü
Simulation of separated flow around cylinders
ALİ RUHŞEN ÇETE
Yüksek Lisans
İngilizce
1995
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET FEVZİ ÜNAL
- No-frost soğutucu hava kanalının yanıt yüzeyi optimizasyonu ile tasarlanması ve etkilerinin sayısal olarak incelenmesi
Designing no-frost refrigerator air channel using response surface optimization and investigating its effects numerically
MERT ALPAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU
- Gövde borulu bir ısı değiştiricisinde newtonyen olmayan nanoakışkan kullanımının termoelektrik güç üretimine etkisinin sayısal analizi
Başlık çevirisi yok
HAKAN KESKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiManisa Celal Bayar ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATİH SELİMEFENDİGİL
- Experimental and numerical analysis of the thermoelectric cooling of photovoltaic panels
Fotovoltaik panellerin termoelektrik ile soğutulmasının deneysel ve sayısal analizi
ALI TALIB DAKHAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
EnerjiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN YAKUT