62 / 68
ÖZET
İki ortam arasında ısı transfer etmek için kullanılan
bir ısı değiştirici ısı transfer hızı artırılarak daha etkin
olabilir. Isı değiştiricinin birim hacmindeki toplam
yüzey alanın artırılması ısı transfer hızını iyileştirme-
nin yollarından birisidir. 700 m
2
/m
3
’ten daha büyük
yüzey alan yoğunluğuna sahip veya 6 mm’den daha
küçük hidrolik çapa sahip ısı değiştiriciler kompakt
ısı değiştiriciler olarak adlandırılmaktadır. Bu çalış-
mada kompakt ısı değiştiriciler dikkate alınmıştır.
Kanatlı yüzey uygulamaları; çalışma basınçları ve
sıcaklıkları, plaka kanatlı ısı değiştiriciler; kirlenme,
ısıl analiz; ısı transferi ve akışkan akışı karakteris-
tikleri özetlenmiştir ve kapsamlı tablo ve grafikler
sunulmuştur. Bu çalışmanın amacı, bu alanda çalı-
şan bir araştırmacıyı yeni araştırmalara ve tasarım
ürünlerine teşvik etmek için kompakt ısı değiştirici-
ler hakkında kapsamlı bir rehber sağlamaktır.
Keywords:
GİRİŞ
Bir ısı değiştirici bir ortamdan diğerine ısı transfer
etmek için kullanılır. Etkin bir ısı değiştirici ısı trans-
fer hızını artırmak için gereklidir. Newton’un soğuma
yasası dikkate alınarak iki akışkan arasındaki ısı
transfer hızının ısı transfer katsayısı, ısı transfer
yüzey alanı ve sıcaklık farkıyla orantılı olduğu açıkça
söylenebilir. Bu öğelerden her hangi bir tanesi artı-
rılarak ısı transfer hızı iyileştirilebilir. Yüzey alanının
artırılması uygulamada karşılaşılan önemli ve etkin
bir yöntemdir. Yüksek yüzey yoğunluğuna sahip ısı
değiştiricileri kompakt ısı değiştiriciler (CHXs) ola-
rak adlandırılmaktadır. Kompakt ısı değiştiriciler ısı
transfer hızını artırırken boyutun, ağırlığın ve kullanı-
lan soğutucu akışkan miktarının azaltılması avantaj-
larını beraberinde getirir. Bu çalışmada, kompakt ısı
değiştiricilerinde ısı transferinin iyileştirilmesi araştı-
rılmıştır.
Kompakt ısı değiştirici uygulamalarının en beklenen
sonucu enerji gereksinimi ve maliyetinin azaltılması-
dır. Plakalı ısı değiştiriciler, plakalı kanatlı ısı değişti-
riciler ve rejeneratörler için kullanılan ve
β
(m
2
/m
3
)
ile temsil edilen ısı transfer yüzey alanı yoğunluğu
aşağıda gösterildiği üzere ısı transfer yüzey alanı,
A
ve ısı değiştirici hacmi,
V
ile tanımlanmıştır.
(1)
Denklem 1’de yer alan h ve c indisleri sırası ile sıcak
ve soğuk akışkanları temsil etmektedirler. Denklem
2’de yer alan toplam hacim, Vtotal terimi kanatlı
borulu ve gövde borulu ısı değiştiricileri için kullanıl-
maktadır.
(2)
Gazdan sıvıya ısı değiştiriciler
β
>700 (m
2
/m
3
)
olduğu durumlarda kompakt ısı değiştirici olarak
kabul edilmektedir. Ayrıca, hidrolik çap,
D
h
kesit
alan yerine her hangi bir akışkan tarafındaki mini-
mum akış alanının (
A
o
) kullanılmasıyla kompaktlığı
tanımlamak için kullanılır.
D
h
≤ 6 mm olduğu durum-
larda ısı değiştirici kompakt ısı değiştirici olarak
değerlendirilir.
Shah (2003) ısı değiştiricilerin ısı transfer yüzey
alanı yoğunluk spektrumunu için bir şekil tanım-
lamıştır. Şekil 1’den görüldüğü üzere, ısı transfer
yüzey alanı yoğunluğu,
β
(m
2
/m
3
) ve hidrolik çap,
D
h
(mm) için şeklin alt kısmında iki ölçek gösteril-
mektedir. Şekildeki kutularda çeşitli ısı değiştirici
yüzeyleri gösterilmektedir.
β
yada
D
h
için ölçekler
önerilirken bu kutuların kısa dik kenarları bahsedil-
diği gibi yüzey hali için
β
yada
D
h
‘nın yüzeyini işa-
ret ederler
Şekil 1’de gösterilen
D
h
, bu durumlar için kullanılan
eşit olmayan ıslak çevre değerleri sebebiyle meydana
gelen basınç düşümü ve ısı transferiyle ilgili hesap-
lamalar için faklı hesaplanabilir. Şekil 1’de kullanılan
özel terimler aşağıdaki şekilde kabul edilmiştir.
• Düzgün sıralı gövde borulu bir ısı değiştirici için
Denklem 3 dikkate alınır.
(3)
Denklem 3’te yer alan X
t
*
and X
l
*
terimleri boru dış
çapının normaline göre enine ve boyuna tüp adım-
larıdır.
• Plakalı ve plaka kanatlı ısı değiştiriciler için
plakalar arasındaki gözeneklilik,
σ
=0.8333 olarak alınır.
• Bir rejeneratör için, matris yapılı
bir yüzeyin gözeneklilik,
σ
= 0.8333 olarak alınır.
Burada iç kısım veya matris gözenekliliği (
σ
) boş
hacmin toplam iç hacme veya matris hacmine oranı
ile tanımlanır ve aşağıdaki şekilde hesaplanır.
(4)
TTMD DERGİSİ EKİ
MART - NİSAN 2016
2