Borulu tip ısı değiştiricilerinde laminar akışta nümerik olarak ısı geçişi karakteristiklerinin araştırılması

Abstract

Enerji kavramı ve enerji kaynaklarının verimliliği günümüzde en önemli araştırma konularından biri olmuştur. Dünyanın devamlı artan enerji ihtiyacına cevap verebilmek için bilim insanları yenilenebilir enerji kaynaklarını çeşitlendirmek ve kullanımını arttırmak adına birçok araştırmalar yapmaktadırlar. Yenilenebilir enerji kaynaklarının en önemlilerinden biri de jeotermal enerjidir ve günümüzde elektrik üretimi, sosyal konut, turizm, ziraat ve endüstri gibi farklı alanlarda kullanılmaktadır. Günümüzdeki teknoloji seviyesiyle jeotermal kaynakların hemen her çeşidinden yararlanılmaktadır. Bu kaynaklar genel olarak eğer 20 °C ile 70 °C arası ise düşük sıcaklık, 70 °C ile 150 °C arası ise orta sıcaklık ve 150 °C’nin üzerinde ise yüksek sıcaklık sahaları olarak bilinmektedir. Bu çalışmada yer altından 135 °C civarında çıkan orta sıcaklıktaki suyun bir çevrimde kullanılıp 80 °C’lere düşürüldükten sonra bu sıcaklıktaki suyun bir ısı değiştiricisinden geçirilerek şebeke suyunun (~20 °C) evin musluklarında kullanılabilir sıcaklıklara (~35 °C) getirilmesi amaçlanmıştır. Bunun için sonlu elemanlar yöntemini 2 kullanan ANSYS-Fluent programında eş eksenli 10mm ve 20mm çaplı çift borulu U-tipi karşı akışlı bir ısı değiştiricisi tasarımı yapılmıştır. İç borudan 80 °C’daki sıcak su, dış borudan ise 20 °C’deki şebeke suyu geçmektedir. Böylece 20 °C’deki şebeke suyunun 35-36 °C’lere çıkarılarak musluklarda kullanılabilinmesine olanak sağlanmıştır. Simülasyon programından çıkan sonucun doğruluğunu teyit etmek için teorik hesaplamalar yapılmıştır. ANSYS’den hesaplanan nümerik ısı taşınım katsayısı ile literatür araştırmasında bulunan çeşitli Nusselt sayıları kullanılarak hesaplanan teorik ısı taşınım katsayıları karşılaştırılmıştır. Böylece ANSYS programından elde edilen sonucun doğruluğundan emin olunmuştur. Değişken sıcaklıklar için akışkanın hızı ile parametrik çalışma yapılmıştır. Bunlara ek olarak ısı geçiş hızlarını artırmak için boruya kanat eklenmiştir. Ayrıca analizler ve hesaplamalar nano akışan ile tekrar yapılmış ve sonuçlar saf akışkanla karşılaştırılmıştır