A New Approach on Increasing the Heat Transfer Performance of Self Helical Finned Tubes

Year 2022, Volume: 34 Issue: 2, 113 - 127, 30.09.2022

Cihan Özel , Cevher Kürşat Macit , Ali Taşkıran , Meral Özel

Abstract

In this study, in order to increase the heat transfer performance of self-helical finned pipes, the wall thickness of the pipe was thinned and the fin height was increased. For this purpose, a standard pipe with a wall thickness of 3 mm was chosen initially, and the wall thickness of the pipe was recalculated with the pipe strength relation, taking into account the material and operating conditions of this pipe. As a result of the calculation, the pipe wall thickness was found to be 1.077 mm and this value was seen to be thinner than the standard selected pipe wall thickness (3 mm). With such an application, the wall thickness of the pipe was reduced, while the fin height of 5 mm, which was initially selected for the standard pipe, was increased to 6,923 mm. Later, both pipes were designed in Solidwork environment with pitches of 10, 20 and 30 mm. The thermal performances of the designed pipes were examined using different Reynolds (Re) numbers (5000, 10000 and 15000) in Ansys Fluent environment. According to the results of this analysis, the best performance in terms of heat transfer was obtained in the pipe with 5000 Re value and a wall thickness of 1.077 mm.

Keywords

Pipe wall thickness, Fin height, Thermal performance, Ansys Fluent Program

Kendinden Helisel Kanatlı Boruların Isı Transfer Performansını Artırmaya Yönelik Yeni Bir Yaklaşım

Abstract

Bu çalışmada, kendinden helisel kanatlı boruların ısı transfer performanslarını artırmak için borunun cidar kalınlığı inceltilerek kanat yüksekliğini artırma uygulamasına gidildi. Bu amaç için başlangıçta 3 mm et kalınlığına sahip standart bir boru seçildi ve bu borunun malzemesi ve çalışma koşulları dikkate alınarak boru mukavemet bağıntısı ile borunun et kalınlığı yeniden hesaplandı. Hesaplama sonucunda boru et kalınlığı 1,077 mm olarak bulundu ve bu değerin standart olarak seçilen boru et kalınlığından (3 mm) daha ince olduğu görüldü. Bu şekilde bir uygulama ile boru cidar kalınlığı azalırken başlangıçta standart boru için seçilen 5 mm’ lik kanat yüksekliğinin ise 6,923 mm ye artırılması sağlandı. Daha sonra her iki boru 10, 20 ve 30 mm’ lik hatvelerde Solidwork ortamında tasarlandı. Tasarımları yapılan boruların ısıl performansları ise Ansys Fluent ortamında farklı Reynolds (Re) sayıları (5000, 10000 ve 15000) kullanılarak incelendi. Bu analiz sonuçlarına göre ısı transferi açısından en iyi performans 5000 Re değerinde ve cidar kalınlığı 1,077 mm olan boruda elde edildi.

Keywords

Boru cidar kalınlığı, Kanat yüksekliği, Isıl performans, Ansys Fluent Programı

References

• Referans1 Hamdi Selçuk Çelik, Zeynep Çelik, Mehmet Uçar , “Boru Konstrüksiyonunun Isı Transfer Performansına Etkisinin Sayısal Analizi”, Mühendis Beyinler Dergisi Yıl | Year 2018 Sayı | No: 3 Cilt | Volume: 1 Issn: 2528 – 9802
• Referans2 Maakoul, A. E., Feddi, K., Saadeddine, S., Abdellah, A. B., Metoui, M. E., 2020. Performance Enhancement Of Finned Annulu Using Surface İnterruptions İn Double-Pipe Heat Exchangers. Energy Conversion And Management, 210: 112710.
• Referans3 Hosseini, M. J., Ranjbar, A. A., Rahimi, M., Bahrampoury, R., 2015. Experimental And Numerical Evaluation Of Longitudinally Finned Latentheat Thermal Storage Systems. Energy And Buildings, 99: 263-272.
• Referans4 Cüce, E., 2020. Boyuna Uzatılmış Yüzeylerde Dikdörtgensel Oyukların Isı Atımına Etkisi: Bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Analizi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 20: 931-940.
• Referans5 Koca, T., Budak, S. A., 2021. Kanatçıklı İç Borulu Dikey Isı Değiştiricilerinde Isı Transferi Ve Basınç Düşümü Analizi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 11(1): 62-72.
• Referans6 Buyruk, E. & Karabulut, K. (2013). Numerical İnvestigation İnto Heat Transfer For Three-Dimensional Plate Fin Heat Exchangers With Fins Placed Perpendicular To Flow. Transactions Of Famena, 37(2), 87-102.
• Referans7 Erdem Işık, Volkan Tuğan (2021) “Dairesel Bir Boruda Kullanılan Boyuna Dalgalı Kanatçıkların Isı Transferine Etkisinin Sayısal Olarak İncelenmesi” Research Article/Araştırma Makalesi Doı: 10.29132/İjpas.907077.
• Referans8 Buyruk, E. & Karabulut, K. (2020). Research Of Heat Transfer Augmentation İn Plate Fin Heat Exchangers Having Different Fin Types. Journal Of Engineering Thermophysics, 29(2), 316-330.
• Referans9 Karataş, T. (2019). Gövde-Boru Tipi Isı Değiştiricilerinde Had Uygulaması İle Akış Ve Isıl Analiz. Yüksek Lisans Tezi, İnönü Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Malatya.
• Referans10 Buyruk., E. & Karabulut, K. (2017). Plakalı Kanatçıklı İsı Değiştiricilerde Kanat Geometrisinin İsı Transferine Olan Etkisinin Üç Boyutlu Sayısal Olarak İncelenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi-Mühendislik Fakültesi Fen Ve Mühendislik Dergisi, 19(56), 346-363.
• Referans11 Bazarbashi, M. (2013). Dalgalı Kanatçıklı Isı Değiştiricinin Yanıt Yüzey Metodu İle Çok Amaçlı Optimizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.
• Referans12 Kım, C.N., Jeong, J., Youn, B., “Evaluation Of Thermal Contact Conductance Using A New Experimental-Numerical Method İn Fin-Tube Heat Exchangers”, International Journal Of Refrigeration, 26, 900-908, 2003.
• Referans13 Kotcioğlu, İ., Bölükbaşı, A., “Düşey Dikdörtgen Kesitli Bir Kanalda Farklı Kanatçıklı Yüzeylerde Isı Transferinin İncelenmesi”, Deü Mühendislik Fakültesi Fen Ve Mühendislik Dergisi, 5 (2), 89-102, 2003.
• Referans14 Erek A., Özerdem B., Bılır L., İlken Z., “Effect Of Geometrical Parameters On Heat Transfer And Pressure Drop Characteristics Of Plane Fin And Tube Heat Exchangers”, Applied Thermal Engineering, 25, 2421-2431, 2005.
• Referans15 Tepe, A. Ü. (2021). Enhancement Of Heat Transfer Performance For Fin-Tube Heat Exchangers Using Dimpled/Protruding Fin Surface. Avrupa Bilim Ve Teknoloji Dergisi, (23), 401-414.
• Referans16 Halime Çelik, Nezaket Parlak(2018) “Kanatçık Geometrisinin Isı Geçişine Etkisinin Parametrik İncelenmesi” International Journal Of Multidisciplinary Studies And Innovative Technologies Volume: 2 Number: 2 Year: 2018 Pages: 25 – 29.
• Referans17 Şahin, H.M., Dal, A.R., And Baysal, E., “3-D Numerical Study On The Correlation Between Variable Inclined Fin Angles And Thermal Behavior İn Plate Fin-Tube”, Applied Thermal Engineering, 27, 1806-1816, 2007.
• Referans18 Chang, Y.C., Wang, C.C., “Generalized Heat Transfer Correlation For Louver Fin Geometry”, International Journal Heat And Mass Transfer, 533-544, 1997.
• Referans19 Kundu, B., Das, P.K., “Optimum Dimensions Of Plate Fins For Fin-Tube Heat Exchangers”, International Journal Heat Fluid Flow, 18, 530–537 1997.
• Referans20 Abdulateef, A. M., Mat, S., Sopian, K., Abdulateef, J., Gitan, A. A., 2017. Experimental And Computational Study Of Melting Phase-Change Material İn A Triplex Tube Heat Exchanger With Longitudinal/Triangular Fins. Solar Energy, 155: 142-153.
• Referans21 Tao, W.Q., Qu, Z.G., He, Y.L., “Experimental And 3d Numerical Study Of Air Side Heat Transfer And Pressure Drop Of Slotted Fin Surface, Proceeding Of Fifth International Conference On Enhanced, Compact And Ultra-Compact Heat Exchangers”, Science, Engineering And Technology, Fairfax, Va, Usa, September, 15, 2005.
• Referans22 Kazemi, M., Hosseini, M. J., Ranjbar, A. A., Bahrampoury, R., 2018. Improvement Of Longitudinal Fins Configuration İn Latent Heat Storage Systems. Renewable Energy, 116: 447-457.
• Referans23 Prof.Dr. Metin Akkurt Makine Elemanları Teorik Hesaplar Ve Hesap Yöntemleri Kitabı Birinci Cilt
• Referans24 Http://Seyrekboru.Com/Tr/Sayfa/Urunler/16/Dikissiz-Borular
• Referans25 Koray Karabulut, Ertan Buyruk, Ferhat Kılınç, Ömer Onur Karabulut “Farklı Geometrilerden Oluşan Kanatçıklı Plakalı Isı Değiştiricileri İçin Isı Transferinin Üç Boyutlu Sayısal Olarak İncelenmesi” Tesisat Mühendisliği - Sayı 137 - Eylül/Ekim 2013