İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi

DAL, Ali Rıza; ÖZKAYA, MEDİNE; Sahin, Haci Mehmet

doi:10.29109/gujsc.625585

İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi

Hacı Mehmet ŞAHİN, (Karabük Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Enerji Sistemleri Mühendiliği, Karabük, Türkiye)

Ali DAL, (Ulaştırma ve Altyapı Bakanlığı, Ankara, Türkiye)

Medine ÖZKAYA (Gazi Üniversitesi, Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu, Ankara, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji

4 0

Yıl: 2020 Cilt: 8 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 64 - 78 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.29109/gujsc.625585 İndeks Tarihi: 04-12-2020

İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi

Öz:

Bu çalışmada, eşmerkezli iç içe borulu bir ısı değiştiricisinin boyutlarının azaltılması ile ısıtransferinin iyileştirilmesi ve sürtünme özelliklerinin belirlenmesi amacıyla yay tipi türbülatörkullanarak, RNG k-ε modeli ile sayısal analizler yapılmıştır. Çalışmalar Reynolds (Re) sayısının3000 ila 18000 aralığında yapılmıştır. Sonlu Hacimler Metoduna dayalı ANSYS-fluent adlı birHesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ile sayısal simülasyonlar yapılmıştır. Sayısalanalizlerde, Model ➀ (RNG-Standard wall function), Model ➁ (RNG-Non-Equilibrium wallfunction) ve Model ➂ (RNG-Enhanced wall treatment) üç temel türbülans modellerikullanılmıştır. Bu nedenle, deneysel ve sayısal analizlerle RNG k-ε modelinin üç temel türbülansmodeli arasında karşılaştırma yapılarak, en iyi sonucu Model ➀ türbülans modeli vermiştir.

Anahtar Kelime:

Numerical Analisis by RNG k-ε Turbulent Model of a Concentric Tube Heat Exchanger with Coiled Wire Turbulator

Öz:

In this study, a concentric tube heat exchanger with coiled wire turbulators were analysised numerically by RNG k-ε Turbulent Model in order to be reduced heat exchanger sizes, increased heat transfer enhancement and to be obtained friction characteristics. The analyses were done in a range of Reynolds (Re) number from 3000 to 18000. The numerical simulations were done by using a CFD code namely ANSYS fluent, using finite volume method. Three main turbulence models of RNG k-ε were employed in the simulations such as Model ➀ (RNG-Standard wall function), Model ➁ (RNG-Non-Equilibrium wall function) and Model ➂ (RNG-Enhanced wall treatment). Therefore, the numerical analyses carried out to compare with the experimental results in order to determine the best fitting model using each three main turbulence model of RNG k-ε model, Model ➀ has given the best result.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

[1] Yakut, K., Şahin, B. Flow-induced vibration analysis of conical rings used for heat transfer enhancement in heat exchangers. Applied Energy,78 (2004) 273–288.
[2] Sahin, H.M., Baysal, E. Dal, A.R. and Sahin, N. Investigation of heat transfer enhancement in a new type heat exchanger using solar parabolic trough systems. International Journal of Hydrogen Energy, 40: 44 (2015) 15254-15266.
[3] Baysal, E. (2009). Eşmerkezli Borulu Isı Değiştiricilerinde Helisel Türbülatörlerin Etkilerinin Deneysel ve Sayısal Olarak İncelenmesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara.
[4] ANSYS FLUENT 12.0. Theory Guide; 4.12.4, 2010.
[5] Sahin, H.M., Baysal, E., Dal, A.R. Experimental and numerical investigation of thermal characteristics of a novel concentric type tube heat exchanger with turbulators. International Journal of Energy Research, 37 (2013) 1088–1102.
[6] Saraç, B. A., Bali, T. An experimental study on heat transfer and pressure drop characteristics of decaying swirl flow through a circular pipe with a vortex generator. Experimental Thermal and Fluid Science 32 (2007) 158–165.
[7] Akpınar, E.K., Biçer, Y., Yıldız, C., Pehlivan, D. Heat transfer enhancements in a concentric double pipe exchanger equipped with swirl elements. Int. Comm. Heat Mass Transfer, 31: 6 (2004) 857-868.
[8] Promvonge, P., Eiamsa-ard, S. Heat transfer enhancement in a tube with combined conical-nozzle inserts and swirl generator. Energy Conversion and Management, 47 (2006) 2867–2882.
[9] Eiamsa-ard, S., Promvonge, P. Experimental investigation of heat transfer and friction characteristics in a circular tube fitted with V-nozzle turbulators. International Communications Heat and Mass Transfer, 33 (2006) 591-600.
[10] Neshumayev, D., Ots, A., Laid, J., Tiikma, T. Experimental investigation of various turbulator inserts in gas-heated channels. Experimental Thermal and Fluid Science, 28 (2004) 877–886.
[11] Shokouhmand, H., Salimpour, M.R., Akhavan-Behabadi, M.A. Experimental investigation of shell and coiled tube heat exchangers using wilson plots. International Communications in Heat and Mass Transfer, 35 (2008) 84–92.
[12] Naphon, P. Effect of coil-wire insert on heat transfer enhancement and pressure drop of the horizontal concentric tubes. International Communications in Heat and Mass Transfer, 33 (2006) 753–763.
[13] Kongkaitpaiboon, V., Nanan, K., Eiamsa-ard, S. Experimental investigation of convective heat transfer and pressure loss in a round tube fitted with circular-ring turbulators. International Communications in Heat and Mass Transfer, 37: 5 (2010) 568-574.
[14] Aköz, M.S., Soydan, N.G., Şimşek, O. Kritik Üstü Açık Kanal Akımının Detached Eddy ve Large Eddy Simülasyon ile Sayısal Modellenmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 4: 4 (2016) 213 – 224.
[15] Ekici, Ö., Özcan, Z. Akış Problemleri İçin Lattice Boltzmann Yöntemi ve Uygulamaları, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 4: 3 (2016) 115 – 126.
[16] Zhang, G., Tian, M. Simulation and analysis of flow pattern in cross-corrugated plate heat exchangers. Journal of Hydrodynamics, Ser. B., 18: 5 (2006) 547-551.
[17] Gimbun J., Chuah T. G., Fakhru’l-Razi A., Choong, T. S. Y. The influence of temperature and inlet velocity on cyclone pressure drop: a CFD study. Chemical Engineering and Processing, 44 (2005) 7- 12.
[18] Eimsa-ard, S., Promvonge, P. Numerical study on heat transfer of turbulent channel flow over periodic grooves. Int. Communications in Heat and Mass Transfer, 35 (2008) 844-852.
[19] Yakhot, V., Orszag, S. A. Renormalizatıon Group Analysis of Turbulence. I. Basic Theory, Journal of Scientific Computing, 1: 1 (1986) 3-51.
[20] Yakhot V., Orszag, S. A., Thangam, S., Gatski, T. B., Speziale, C. G. Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique. Physics of Fluids A, 4 (1992) 1510-1520.
[21] Petukhov, B.S., Irvine, T. F., Hartnett, J. P. (1970) Advances in heat transfer. Vol. 6, Academic Press, New York.
[22] Shih, T.H., Liou, W.W., Shabbir, A., Yang, Z., Zhu, J. A new k-epsilon eddy-viscosity model for high Reynolds number turbulent flows. Model Development and Validation, Computers Fluids, 24: 3 (1995) 227-238.
[23] Yiğit, M. (2016). İç İçe Borulu Yay Tipi Türbülatörlü Bir Isi Değiştiricisinde Türbülans Modelinin Isı Transferine Etkisinin İncelenmesi, Fen Bil. Enst., Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara.
[24] Kline, S.J., McClintock, F.A. Describing uncertainties in single sample experiment. Mech. Eng. 75 (1953) 385–387.
[25] Moody, L. F., 1944, Friction factors for pipe flow, Trans. ASME, 66: 671-684.
[26] Petukhov, B.S., 1970, Advances in Heat Transfer, Academic Press, New York, 85-95.

APA	Sahin H, DAL A, ÖZKAYA M (2020). İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi. , 64 - 78. 10.29109/gujsc.625585
Chicago	Sahin Haci Mehmet,DAL Ali Rıza,ÖZKAYA MEDİNE İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi. (2020): 64 - 78. 10.29109/gujsc.625585
MLA	Sahin Haci Mehmet,DAL Ali Rıza,ÖZKAYA MEDİNE İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi. , 2020, ss.64 - 78. 10.29109/gujsc.625585
AMA	Sahin H,DAL A,ÖZKAYA M İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi. . 2020; 64 - 78. 10.29109/gujsc.625585
Vancouver	Sahin H,DAL A,ÖZKAYA M İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi. . 2020; 64 - 78. 10.29109/gujsc.625585
IEEE	Sahin H,DAL A,ÖZKAYA M "İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi." , ss.64 - 78, 2020. 10.29109/gujsc.625585
ISNAD	Sahin, Haci Mehmet vd. "İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi". (2020), 64-78. https://doi.org/10.29109/gujsc.625585

APA	Sahin H, DAL A, ÖZKAYA M (2020). İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 8(1), 64 - 78. 10.29109/gujsc.625585
Chicago	Sahin Haci Mehmet,DAL Ali Rıza,ÖZKAYA MEDİNE İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji 8, no.1 (2020): 64 - 78. 10.29109/gujsc.625585
MLA	Sahin Haci Mehmet,DAL Ali Rıza,ÖZKAYA MEDİNE İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, vol.8, no.1, 2020, ss.64 - 78. 10.29109/gujsc.625585
AMA	Sahin H,DAL A,ÖZKAYA M İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji. 2020; 8(1): 64 - 78. 10.29109/gujsc.625585
Vancouver	Sahin H,DAL A,ÖZKAYA M İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji. 2020; 8(1): 64 - 78. 10.29109/gujsc.625585
IEEE	Sahin H,DAL A,ÖZKAYA M "İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi." Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 8, ss.64 - 78, 2020. 10.29109/gujsc.625585
ISNAD	Sahin, Haci Mehmet vd. "İç İçe Borulu Yay Tip Türbülatörlü Bir Isı Değiştiricisinin RNG k-ε Türbülans Modeli ile Sayısal Analizi". Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji 8/1 (2020), 64-78. https://doi.org/10.29109/gujsc.625585