Docsity
Docsity

Prepare for your exams
Prepare for your exams

Study with the several resources on Docsity


Earn points to download
Earn points to download

Earn points by helping other students or get them with a premium plan


Guidelines and tips
Guidelines and tips

heat transfer and design, Cheat Sheet of Heat and Mass Transfer

heat exanger and desing and tansfer

Typology: Cheat Sheet

2022/2023

Uploaded on 05/29/2023

fatih-karagoz
fatih-karagoz 🇹🇷

2 documents

1 / 57

Toggle sidebar

This page cannot be seen from the preview

Don't miss anything!

bg1
T .C.
ERCİYES ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
BORU TİPİ ISI DEĞİŞTİRİCİSİ TASARIMI
Hazırlayan
FATİH KARAGÖZ
1030127239
Danışmanlar
Dr. Öğr. Üyesi GÜRSEL ÇINAR
Makine Mühendisliği Bölümü
Makine Tasarım ve Uygulamaları I
OCAK 2023
KAYSERİ
T .C.
ERCİYES ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa
pfd
pfe
pff
pf12
pf13
pf14
pf15
pf16
pf17
pf18
pf19
pf1a
pf1b
pf1c
pf1d
pf1e
pf1f
pf20
pf21
pf22
pf23
pf24
pf25
pf26
pf27
pf28
pf29
pf2a
pf2b
pf2c
pf2d
pf2e
pf2f
pf30
pf31
pf32
pf33
pf34
pf35
pf36
pf37
pf38
pf39

Partial preview of the text

Download heat transfer and design and more Cheat Sheet Heat and Mass Transfer in PDF only on Docsity!

T .C.

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

BORU TİPİ ISI DEĞİŞTİRİCİSİ TASARIMI

Hazırlayan

FATİH KARAGÖZ

Danışmanlar

Dr. Öğr. Üyesi GÜRSEL ÇINAR

Makine Mühendisliği Bölümü

Makine Tasarım ve Uygulamaları I

OCAK 2023

KAYSERİ

T .C.

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

BORU TİPİ ISI DEĞİŞTİRİCİSİ TASARIMI

Hazırlayan

FATİH KARAGÖZ

Danışmanlar

Dr.Öğr.Üyesi GÜRSEL ÇINAR

Makine Mühendisliği Bölümü

Makine Tasarım ve Uygulamaları –I

OCAK 2023

KAYSERİ

ii

ÖNSÖZ/TEŞEKKÜR

Yaptığım çalışmalarda bana yardım eden ve destekleyen Dr.Öğr. Üyesi Gürsel Çınar hocama teşekkürlerimi sunarım. FATİH KARAGÖZ OCAK 2023,KAYSERİ BORU TİPİ ISI DEĞİŞTİRİCİSİ TASARIMI

FATİH KARAGÖZ

Erciyes Üniversitesi,Mühendislik Fakültesi MTU Ödevi,Ocak 2023 Danışmanlar Dr.Öğr.Üyesi GÜRSEL ÇINAR

ÖZET

İki akışkan arasındaki ısı geçişi günümüzde mühendislik alanında önemli uygulamalardan biri olarak kabul edilmiştir. Isıtma, soğutma, iklimlendirme çalışmalarında, atık ısı kazanımında gibi pek çok alanda akışkanların birbiri arasında ki ısı değişimleri kullanılır. Bunu ısı değiştiricileri ile yaparız. Boru tipi ısı değiştiricisi de bu alanda en yaygın kullanılanlardandır. Bu çalışmada ısı değiştiricisi çeşitli programlarda matematiksel olarak analize tabi tutulmuştur. Sıcak ve soğuk akışkan olarak su ve hava kullanılmıştır. Boruların malzemesi ise alüminyum seçilmiştir. Tasarım aşamasında SolidWorks programını analiz aşamasında ise Ansys programını kullanılmıştır. Akış profiline göre tasarımda zıt akışlı bir ısı değiştiricisi tercih edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Zıt akışlı boru tipi ısı değiştiricisi,Solidworks,Ansys iv

İÇİNDEKİLER

BORU TİPİ ISI DEĞİŞTİRİCİSİ TASARIMI

YÖNERGEYE UYGUNLUK SAYFASI.....................................................................i ÖNSÖZ/TEŞEKKÜR ...................................................................................................ii ÖZET..............................................................................................................................iii ABSTRACT…………………………………………………………………………....iv İÇİNDEKİLER ..............................................................................................................v KISALTMALAR...........................................................................................................ix TABLOLAR LİSTESİ…………………………………………………………………x ŞEKİLLER LİSTESİ.....................................................................................................xi GİRİŞ .............................................................................................................................. 1.Bölüm GENEL BİLGİLER VE LİTERATÜR ÇALIŞMASI 1.1 Problem Durumu………………………………………………………………2 1. Araştırmanın Amacı………………..……………………………………………...2 1. Araştırmanın Önemi………………………………………………………………. 1.4 Isı DEĞİŞTİRİCİLERİN SINIFLANDIRILMASI…………………………. 1.4.1 Doğrudan Temas Olmayan Isı değiştiricisi……………………………….. 1.4.2 Doğrudan Temaslı Isı değiştiricisi………………………………………... 1.5 Akışkan Sayısına Göre Sınıflandırma……………………………………………. 1.6 Yüzey Kompaktlığına Göre Sınıflandırma……………………………………….. 1.6.1 Gazdan-akışkana ısı değiştiriciler…………………………………………. 1.6.2 Gazdan-Akışkana Isı Değiştiriciler………………………………………...4 vi 1.7 YAPISAL ÖZELLİKLERİNE GÖRE SINIFLANDIRMA……………………. 1.7.1 Borulu Isı Değiştiriciler……………………………………………………

3.2.1.1. Soğutucu akışkan olarak su kullanılan model…………………………………. 3.2.1.2. Soğutucu akışkan olarak hava kullanılan model…………………………….... 4.BÖLÜM SONUÇ VE ÖNERİLER 4.1 SONUÇ VE ÖNERİLER……………………………………………………………... KAYNAKÇA………………………………………………………………………………. ÖZGEÇMİŞ………………………………………………………………………………...

ix KISALTMALAR CFD= Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği LMTD= Logarithmic Mean Temperature Difference NTU =Number of Transfer Units

 - 1.7.1.1 Gövde-Boru Isı Değiştiriciler………………………………………… - 1.7.1.2 Çift borulu Isı Değiştiriciler…………………………………………... - 1.7.1.3 Spiral borulu Isı Değiştiriciler…………………………………………..... - 1.7.2 Levhalı Tip Isı Değiştiriciler……………………………...……………..... - 1.7.2.1 Contalı levhalı ısı değiştiriciler………………..…… …………….. - 1.7.2.2 Spiral Levhalı Isı Değiştiriciler…………………………………….. - 1.7.2.3 Lamelli Isı Değiştiricileri…………………………………………… 
  • 1.7.3 Kanatlı Tip Isı Değiştiriciler…………………………………………………….
  • 1.7.4 Rejeneratörler…………………………………………………………………… - 1.7.4.1 Rejeneratörlerin Avantajları………………………………………………..
  • 1.8 AKIŞ ŞEKİLLERİNE GÖRE SINIFLANDIRMA………… ………………… - 1.8.1 Tek Geçişli Isı Değiştiriciler…………………………………………………... - 1.8.1.1 Zıt Yönlerde Akış Modelinde……………………………………………... - 1.8.2.2 Paralel Akış Modelinde……………………………………………………. - 1.8.2.3 Karşı Akışlı Model……………………………………………………….. - 1.8.2 Çok Geçişli Isı Değiştiriciler………………………………………………….
  • 1.9 ISI TRANSFER MEKANİZMALARINA GÖRE SINIFLANDIRMA………… - 1.9.1 İki Tarafta Tek Fazlı Akış……………………………………………………... - 1.9.2 Bir Tarafta Tek Fazlı ,Diğer Tarafta Çift Fazlı Akış…………………………... - 1.9.3 İki Tarafta Çift Fazlı Akış…………………………………………………….... - 1.9.4 Taşınımla Ve Isınımla Beraber Isı Geçişi……………………………………....
  • 2.1 YÖNTEM…………………………………………………………………………... YÖNTEM VE METERYAL
  • 2.2 METERYAL……………………………………………………………………….. - 2.2.1 Gövde Borulu Isı Değiştirici…………………………………………………... - 2.2.1.1.Gövde Borulu Isı Değiştirici Elemanları………………………………….. - 2.2.1.1.1. Gövde……………………………………………………………........
    • 2.2.1.1.2.Borular Veya Boru Demeti…………………………………………… - 2.2.1.1.3.Şaşırtma Elemanları…………………………………………………... - 2.2.1.1.4.Boru Aynası…………………………………………………………… - 2.2.1.1.5.Arka Kafa……………………………………………………………… - 2.2.1.1.6. Ön Kafa……………………………………………………………….. - 2.2.1.1.7.Bağlantı Ağızları……………………………………………………….. - 2.2.1.1.8.Flanşlar…………………………………………………………………. - 2.2.1.1.9.Ayaklar………………………………………………………………….
  • 3.1 SAYISAL ANALİZ…………………………………………………………………. BULGULAR - 3.1.2 Isı Değiştiricisinde LMTD Yöntemi İle Analiz………………………………….. - 3.1.3 Isı Değiştiricilerinde (Etkenlik-NTU) Yöntemi İle Analiz………………………. - 3.1.4 Zıt Akış İçin………………………………………………………………………. - 3.1.5 Paralel Akış İçin…………………………………………………………………...
  • 3.2 Modelin Tasarım Ve Analizi………………………………………………………… - 3.2.1 Modelin Sayısal Analizi…………………………………………………………...
  • Şekil 1. 1 Yüzey kompaktlığına göre sınıflandırma……………………………………….. ŞEKİLLER LİSTESİ
    • Şekil 1. 2 Borulu ısı değiştiricileri örnekleri……………………………………………….
    • Şekil 1. 3 Gövde borulu ısı değiştiricisi……………………………………………………
  • Şekil 1. 4 Çift borulu ısı değiştirici………………………………………………………...
  • Şekil 1. 5 Contalı levhalı ısı değiştiriciler……………………………………………….....
  • Şekil 1. 6 Spiral levhalı ısı değiştirici………………………………………………………
  • Şekil 1. 7 Lamelli ısı değiştirici…………………………………………………………….
  • Şekil 1. 8 Kanatlı tipi ısı değiştirici………………………………………………………...
  • Şekil 1. 9 Dönen tip rejeneratör…………………………………………………………….
  • Şekil 1. 10 Karşı akış modeli……………………………………………………………….
    • Şekil 1. 11 Karşı tip akış modeli……………………………………………………………
  • Şekil 2. 1 Gövde borulu ısı değiştirici………………………………………………………
  • Şekil 2. 2 Tablo Gövde çapları ve bu çaplara karşılık gelen gövde et kalınlıkları………….
  • Şekil 2. 3 Boru demeti düzenlemeleri……………………………………………………….
    • Şekil 2. 4 Saptırıcı tipleri………………………………………………………………….....
    • Şekil 3. 1 Akış türlerine göre LMTD hesabı paralel akış……………………………………
  • Şekil 3. 2 Akış türlerine göre LMTD hesabı zıt akış……………………………………….
  • Şekil 3. 3 Akış türlerine göre LMTD hesabı çapraz akış…………………………………….
  • Şekil 3. 4 Ntu diyagramı……………………………………………………………………..
    • Şekil 3. 5 Zıt akış ve sıcaklık değişimi……………………………………………………….
  • Şekil 3. 6 Paralel akış ve sıcaklık değişimi grafiği…………………………………………...
  • Şekil 3. 7 Tasarlanan ısı değiştirici teknik resmi……………………………………………..
  • Şekil 3. 8 Tasarlanan ısı değiştirici 3 boyutlu hali……………………………………………
  • Şekil 3. 9 Tasarlanan ısı değiştirici 3 boyutlu kesiti…………………………………… ……
  • Şekil 3. 10 Ansys modellemesi……………………………………………………………….
  • Şekil 3. 11 Design modeller görünümü………………………………………………………
    • Şekil 3. 12 Elamanların tek parça altında toplanması……………………………………….
  • Şekil 3. 13 Akışkanların girişlerinin belirlenmesi…………………………………………...
  • Şekil 3. 14 Meshlerin belirlenmesi…………………………………………………………...
  • Şekil 3. 15 Meshlerin düzenlenmesi………………………………………………………....
  • Şekil 3. 16 Analizin akış işlemi……………………………………………………………...
  • Şekil 3. 17 Akış özellikleri…………………………………………………………………..
  • Şekil 3. 18 Soğuk su giriş verileri(sıcaklık)…………………………………………………
  • Şekil 3. 19 Sıcak su giriş verileri (sıcaklık)…………………………………………………
    • Şekil 3. 20 Sıcak su giriş verileri (hız)………………………………………………………
  • Şekil 3. 21 Yakınsama kriteri………………………………………………………………..
  • Şekil 3. 22 İterasyon adımları………………………………………………………………..
  • Şekil 3. 23 Basınç verileri…………………………………………………………………...
  • Şekil 3. 24 Basınç farkları …………………………………………………………………..
    • Şekil 3. 25 Sıcaklık farkları………………………………………………………………….
  • Şekil 3. 26 Sıcaklık konturu………………………………………………………………....
  • Şekil 3. 27 Yüzey üzerinde sıcaklık konturu………………………………………………..
    • Şekil 3. 28 Sıcaklık konturu…………………………………………………………………
  • Şekil 3. 29 Vektörel sıcaklık konturu……………………………………………………….
  • Şekil 3. 30 Basınç değişimi………………………………………………………………….
  • Şekil 3. 31 Sıcaklık değişimi………………………………………………………………..
  • Şekil 3. 32 Vektörel olarak sıcaklık değişimi ……………………………………………....
  • Şekil 3. 33 Basınç değişimi………………………………………………………………….
  • Şekil 3. 34 Sıcaklık farkları………………………………………………………………….

1.BÖLÜM

GENEL BİLGİLER VE LİTERATÜR ÇALIŞMASI

1.1 Problem Durumu Nüfus artışıyla beraber talepler de beraberinde artmaktadır. Endüstriyel sistemde bu duruma adapte olmaktadır. Endüstride kullanılan sıvılar fazla ısınmakta ve bu tahribatlara neden olmakta. Bu sıvıların kontrol altına alınması gerekmektedir. Bu kontrolü de ısı değiştiricileri ile sağlayabiliyoruz. Böylece sistemler doğru çalışmaktadır. 1.2 Araştırmanın Amacı Farklı çalışma sıcaklıklarında katı cidar ile birbirinden ayrılan iki akışkanın ısı geçişinin hesaplanması. 1.3 Araştırmanın Önemi Verimin arttırılmasıyla yakıt kullanımı düşer. Çevreye atılan zehirli atıkların azaltılması ile çevre kirliliğinin azalması insan sağlığına daha az etkilenmesi ve iklim değişiklilerinin önüne geçilmesi hedeflenmektedir. Ayrıca temizlik ve bakım maliyetleri düşük olduğu, kapasite sınırlaması olmadığı ve birçok endüstriyel alanda kullanım imkanı olduğundan hem işletmede hem satıcıda kar marjı yüksek olacaktır.

1.4 ISI DEĞİŞTİRİCİLERİNİN SINIFLANDIRILMASI

Farklı sıcaklıklara sahip iki akışkan arasında, birbiri içerisinde karışmalarına müsaade etmeden, ısı transferinin gerçekleştirildiği cihazlardır. Yaygın olarak; Isıtma sistemlerinde, klima sistemlerinde, kimyasal proseslerde, güç santrallerinde kullanılırlar.

1.4.1 Doğrudan Temas Olmayan Isı Değiştiricisi Doğrudan temas olmayan ısı değiştiricilerde; akışkan akışları ayrıdır ve geçirimsiz (sızdırmaz) ayırıcı duvar sayesinde aralıksız olarak ısı transferi gerçekleşir. Akışkanlar arasında temas yoktur, bu tip ısı değiştiricilere yüzey ısı değiştiricileri de denilir ve doğrudan transfer tipi, depolama tipi ve akışkan yatak olmak üzere üçe ayrılır.[5] 1.4.2 Doğrudan Temaslı Isı Değiştiricilerde Doğrudan temaslı ısı değiştiricilerde; iki ayrı akışkan direk temasta bulunur, ısı transferi gerçekleşir ve tekrar ayrılırlar. Genellikle bu tip ısı değişiminde, ısı transferi yanı sıra kütle transferi de gerçekleşir. Doğrudan temas olmayan tipe göre; daha yüksek ısı transfer oranları yakalanır, ısı değiştirici imalatı ucuzdur ve ara yüzey olmadığı için tıkanma problemi de gerçekleşmez. Karışmayan akışkanlarla ısı değiştirici, gaz-sıvı ısı değiştirici ve sıvı-buhar ısı değiştiriciler olarak üçe ayrılabilirler.[5] 1.5 Akışkan Sayısına Göre Sınıflandırma Isı değiştiricileri iki, üç ve çok akışkanlı olarak sınıflandırılabilirler Çoğu ısıtma-soğutma işlemi iki akışkan arasındaki ısı transferini içerir. Üç akışkanlı ısı değiştiricileri kriyojenik geniş uygulama alam bulduğu gibi hava ayırma sistemleri, saflaştırma, hidrojenin sıvılaştırılması, amonyak sentezi gibi kimyasal ve proses endüstrilerinde de kullanılırlar. On iki akışkana kadar bileşen içeren kimyasal işlemler olduğu bilinmektedir.

1.6 Yüzey Kompaktlığına Göre Sınıflandırma

Gövde-boru tipi ısı değiştiricilere oranla; kompakt ısı değiştiricilerde birim hacim için daha fazla ısı transfer yüzeyi bulunmaktadır. Bunun sonucu olarak, azaltılmış hacim, ağırlık ve maliyet elde edilir. Gazdan-akışkana ve sıvıdan-sıvıya, faz değişimi olarak ikiye ayrılabilir. İki farklı ayrım için kompaktlık kriteri farklıdır. ve maliyet elde edilir. Gazdan-akışkana ve sıvıdan-sıvıya, faz değişimi olarak ikiye ayrılabilir. İki farklı ayrım için kompaktlık kriteri farklıdır. Yüzey alanı yoğunluğuna (β) göre ısı değiştiricileri kompakt ve kompakt olmayan seklinde ikiye ayrılır. Yüzey alanı yoğunluğu 700 m²/ m³’ten büyük olan ısı değişicileri kompakt, 700 m²/ m³ veya daha küçük olan ısı değişicileri ise kompakt olmayan ısı değişicileri olarak tanımlanır. Kompakt ısı değiştiricileri ağırlıktan, hacimden kazanç sağladığı ve daha esnek bir projelendirmeye olanak sağladığı için kompakt olmayan ısı değiştiricilerine göre tercih edilir.

tasarlanabildiklerinden, endüstriyel uygulamalarda yoğun olarak kullanılırlar. Gövde boru, çift boru ve spiral boru olmak üzere üçe ayrılırlar.[5]

Şekil 1.2 Borulu ısı değiştiricilerici örnekleri

1.7.1.1 Gövde-Boru Isı Değiştiriciler Bir grup yuvarlak borunun, silindirik bir kabuğun içine yerleştirilmesiyle elde edilir. Ana bileşenleri; borular, gövde, ön ayna, arka ayna, şaşırtma levhası, boru destekleridir.

Şekil 1.3 Gövde borulu ısı değiştirici

1.7.1.2 Çift borulu Isı Değiştiriciler

İç içe geçmiş iki borudan içteki boru kanatçıklı veya düz olabilir. Bir akışkan içteki boruda, diğeri ise iki boru arasında hareket eder. Birim ünite maliyeti fazla olduğundan küçük kapasiteli uygulamalarda kullanılır.[3]

Şekil 1.4 Çift borulu ısı değiştirici

1.7.1.3 Spiral borulu Isı Değiştiriciler Bir gövde içinde, bobin gibi sarılmış bir ya da birden fazla spiral boru bulundururlar. Termal genleşme problem olmasa da, temizlemek neredeyse imkânsızdır. 1.7.2 Levhalı Tip Isı Değiştiriciler Levhalı tip ısı değiştiriciler, ince levhalar kullanılarak imal edilirler. Levhalar, düz ya da girintili-çıkıntılı olabilir. Bu tip ısı değiştiriciler yüksek basınca, sıcaklığa ya da yüksek basınç veya sıcaklık farklarına dayanıksızdırlar. Contalı, spiral levhalı, lamelli olarak üçe ayrılırlar. [3] 1.7.2.1 Contalı levhalı ısı değiştiriciler İnce metal levhalardan bir paket yapılarak elde edilir. Bu levhaların dört köşesinde akışkanların geçebilmesi için delikler bulunmaktadır. Uygun contalarla akışkanlar yönlendirilir ve birbirlerine karışmaları engellen. Sıkıştırma çubukları ile sıkıştırılır. İstenildiğinde sisteme levha eklenip çıkarılarak, ısıl kapasite değiştirilebilir.[3]