Numerical and experimental study of enhancement heat exchanger performance by inserting a dimple surface ball inside the tubes
Tüplerin içine çukur yüzeyli bilye yerleştirilerek ısı değiştirici performansının artırılmasına ilişkin sayısal ve deneysel çalışma
- Tez No: 948102
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULRAZZAK AHMED SALEH AKROOT, DOÇ. DR. HASANAİN A. ABDUL WAHHAB
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 151
Özet
Bu çalışmada, Isı eşanjörleri çeşitli tiplerde mevcuttur ve mühendislik ve endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Isı eşanjörlerinin performansını artırmak için pasif yöntemler de dahil olmak üzere birçok teknik kullanılmıştır. Bu yöntemler arasında yüzey işleme, pürüzlü yüzeyler, artan yüzey alanları, girdaplı akış cihazları, bükülmüş borular, akış geliştirme cihazları, gazlar için katkı maddeleri ve sıvılar için katkı maddeleri bulunmaktadır. Birçok çalışma başlangıçta, bilyeler arasındaki mesafelerin benzer şekilde düzenlendiği boru içindeki sabit bilyelerin basınç düşüşü ve ısı performansı üzerindeki etkisini analiz etmiştir. Diğer araştırmacılar bu değerlendirme metodunu tüpler boyunca ısı transferini tabülatörlerle incelemek için uygulamışlardır. Ne yazık ki, literatürde bilyeli kesici uçlarla ilgili sınırlı kaynak bulunmaktadır. Bu çalışmada, ısı eşanjörü borusunun içine çukur bilyeler yerleştirmenin ısı transfer oranı üzerindeki etkisi üzerine deneysel ve sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Bilyelerin yerleştirilmesi aktif ısı transferini artırır ve ısı eşanjörüne türbülans uygulanmasına bağlanır. Buradaki zorluk, bir ısı eşanjörü borusunun içine daha fazla bilye yerleştirerek ısı eşanjörünün performansını artırmaktır. Mevcut çalışma, 2950 ila 13687 arasında değişen Reynolds sayıları aralığı için 4, 6, 8 ve 10 olmak üzere farklı sayıda topla soğuk su akışı yoluna çukur topların sabitlenmesini içermektedir. Bu, tüp duvarı ile çukur topun uçları arasındaki geçişte su hızını artırarak ısı transferini iyileştirir. Toplar tüplerden birinin içine yerleştirilmiştir, bu nedenle iki ardışık top arasındaki mesafe 10 cm olmuştur. Sonuçlar, tüp içindeki çukur bilye sayısı 4, 6, 8 ve 10'a yükseldiğinde ısı transfer oranında bir artış olduğunu göstermiştir; artan ısı transfer oranı yüzdeleri, sıcak su akış hızı 8 l/dak olduğunda sırasıyla %8,3, %11,6, %13,6 ve %18,8'dir. Farklı koşullarda Reynolds sayısı ile ısıl performans faktörü için deneysel ve sayısal sonuçlar karşılaştırılmıştır. Isıl performans faktörünün farklı yüzdeleri 4 ve 10 bilya sayısında sırasıyla %7,9 ve %7,2 olmuştur. Isı eşanjörü borusu içindeki çukur bilye sayısı arttığında, akış hızı arttıkça transfer edilen ısı miktarı basınç düşüşündeki artıştan daha fazladır. Sonuç olarak, termal performans faktörü belirli bir noktaya yükselir. Ardından, akışta bir azalma ve sonuç olarak ısı transferinde bir azalma ve basınç düşüşünde bir artışla sonuçlanan tıkanmış akış olgusu meydana gelir. Gelecekteki çalışmalar, hareketli ve sabit durumlarda farklı koşullar için bir ısı eşanjörünün bir tüpünün içine çukur bilyelerin yerleştirilmesinin ısı transferi özellikleri üzerindeki etkisini inceleyecektir
Özet (Çeviri)
Heat exchangers are available in various types and are widely used in engineering and industrial applications. Many techniques, including passive methods, were used to enhance heat exchanger performance. These methods include surface treatment, rough surfaces, increasing surface areas, swirl flow devices, twisted pipes, flow enhancement devices, additives for gases, and additives for liquids. Several studies have initially analyzed the effect of stationary balls inside the tube with a similar arrangement of distances between the balls on pressure drop and heat performance. Other researchers have applied this evaluation method to study heat transfer through the tubes with tabulators. Unfortunately, limited literature resources are devoted to ball inserts. In this work, experimental and numerical analyses have been performed on the influence of inserting dimple balls inside the heat exchanger tube on the heat transfer rate. Inserting balls enhances active heat transfer and is attributed to imposed turbulence in the heat exchanger. The challenge is to increase the heat exchanger's performance by placing more balls inside one heat exchanger tube. The current study included fixing dimple balls in the path of cool water flow with different numbers of balls, 4, 6, 8, and 10, for the range of Reynolds numbers ranging from 2950 to 13687. This increases the water velocity at the pass between the tube wall and the ends of the dimple ball, improving heat transfer. The balls were installed inside one of the tubes, so the distance between two successive balls was 10 cm. The results presented an increase in heat transfer rate at an increased number of dimple balls inside the tube from 4, 6, 8, and 10; the percentages of increased heat transfer rate are 8.3%, 11.6%, 13.6%, and 18.8%, respectively, when hot water flow rate 8 l/min. The experimental and numerical results for the thermal performance factor with Reynolds number at different conditions were compared. The different percentages of the thermal performance factor were 7.9% and 7.2% at the number of balls, 4 and 10, respectively. When the number of dimple balls within the heat exchanger pipe increases, the quantity of heat transferred is more than the increase in pressure drop as the flow velocity increases. As a result, the thermal performance factor rises to a certain point. Then the phenomenon of choked flow occurs, resulting in a reduction in flow and, as a result, a decrease in heat transfer and an increase in pressure drop. Future work will examine the influence of inserting dimple balls inside one tube of a heat exchanger on heat transfer characteristics for different conditions in moving and fixed cases.
Benzer Tezler
- Experimental and numerical study of solar water heater enhancement integrated with phase change material and heat exchanger
Başlık çevirisi yok
FAHAD SAADOON FAHAD AL-BEHADILI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiAltınbaş ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM KOÇ
- Isı değiştiricide üçgen profilli kanatların kullanılmasının ısı transferi ve basınç düşümüne etkilerinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve deneysel yöntemlerle incelenmesi
Numerical and experimental analysis of heat transfer performance and pressure drop affect of using triangular fins on the heat exchanger
HAMDİ SELÇUK ÇELİK
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LATİFE BERRİN ERBAY
DOÇ. DR. BAHADIR DOĞAN
- Plakalı ısı değiştiricilerin deneysel ve sayısal analizi
Experimental and numerical analysis of plate heat exchangers
ATAOLLAH KHANLARI
Doktora
Türkçe
2018
EnerjiGazi ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN SÖZEN
- Farklı geometrilerdeki boru içi türbülatörlerin ısıl-hidrolik performansa olan etkilerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effects of different turbulator geometries in pipe on thermal-hydraulic performance
GÖKHAN GÜRLEK
- Eşmerkezli borulu ısı değiştiricilerinde helisel türbülatörlerin etkilerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of effects of helical turbulators in concentric tube heat exchangers
EŞREF BAYSAL