Bu çalışmada, tipik bir gövde borulu ısı eşanjörünün verimliliği CFD metodu ile simüle edilecektir. 3DEXPERIENCE SIMULIA ürün gamında yer alan Fluid Dynamics Engineer rolü ile tasarımın CFD modeli oluşturulacak olup ilgili denklem takımları çözülecektir.
Analiz sonuçlarında ise ısı eşanjörüne giren akışkanın giriş ve çıkış sıcaklık farklarına bakılacaktır ve ayrıca eşanjör içerisinde gerçekleşen akıştaki durgunluk noktaları incelenecektir.
Analiz sonuçlarından elde edilen çıktılara göre, eşanjör verimliliği az ise verimliliği arttırmaya yönelik tasarım iyileştirmeleri gerçekleştirilir. Yapılacak CFD analizlerinin, nihai tasarım optimizasyon çalışmalarındaki önemi de belirgin şekilde görülecektir.
Isı Eşanjörleri
Isı eşanjörleri, ısının iki veya daha fazla akışkan arasında verimli bir şekilde transfer edilmesini sağlayan mekanik sistemlerdir. Akışkanları birbirinden ayırmak için genel olarak yüksek termal iletkenliğe sahip bakır gibi malzemeler kullanılır.
Isı eşanjörleri, akışkanların düzenine göre sınıflandırılır.
- Paralel Akışlı Isı Eşanjörleri: Akışkanlar eşanjöre aynı uçtan girerler, yan yana akış olurken ısı transferi gerçekleşir.
- Ters Akışlı (Counterflow): Akışkanlar eşanjöre zıt uçlardan girerler, birbirlerine karşı geçişlerinde ısı transferi gerçekleşir.
- Çapraz Akışlı (Crossflow): Akışkanlar burada birbirlerine dik hareket ederler. Sistemden geçerken akışkanlar arasında ısı transferi olur.
Bu çalışmada, çapraz akışlı olan gövde borulu eşanjör tasarımının verimliliği simüle edilecektir.
Gövde Borulu Isı Eşanjörünün CFD Analizi
SIMULIA Fluid Dynamics Engineer ile gövde borulu bir ısı eşanjörünün CFD analizi gerçekleştirilecektir. Bu modelde, biri sıcak diğeri soğuk olmak üzere iki akışkan, gövde içerisinde ısı alışverişinde bulunurlar ama bu akışkanlar birbirine karışmazlar.
Aşağıdaki görselde modelin bileşen tanımları paylaşılmıştır. Bu bileşenlerden 4 numaralı Bölme bileşeninin görevi, gövde içerisindeki akışkanın hızını arttırmaktır. Burada türbülans derecesi yükselir ve ısı transferi katsayısı büyür. Bu bölmeler, ısı transfer verimliliğini arttırdığı gibi termal direnci de azaltmaktadır.
Bu analiz çalışmasında, boru demetindeki sıcak suyun akışı modellenmeyecektir. Onun yerine boruların dış yüzeylerine sabit sıcaklık tanımlanacaktır. Bu şekilde analizde basitleştirme yapılmış olacaktır. Kararlı durum sıkıştırılamaz akış analizi yapılarak, ısı eşanjörünün soğuk su giriş ve çıkış arasındaki sıcaklık farkı ölçülerek değerlendirilecektir.
