Duvar Tipi Yoğuşmalı Isıtma Cihazlarının Sayısal Olarak İncelenmesi

Benzer belgeler
YOĞUŞMALI YANMA ÜNİTESİNDEKİ ATIK GAZA AİT AKIŞ KARAKTERİSTİKLERİNİN SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

KOMBĠDEKĠ ISI DEĞĠġTĠRĠCĠ KAPASĠTESĠNE TASARIM PARAMETRELERĠNĠN ETKĠSĠ

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

ISI DEĞĠġTĠRGEÇLERĠ DENEYĠ

RADYATÖR ARKALARINA YERLEŞTİRİLEN YANSITICI YÜZEYLERİN RADYATÖR ETKİNLİĞİNE ETKİSİ

LEVHA KANATLI BORULU TİPLİ BİR BUHARLAŞTIRICININ ISIL DAVRANIŞININ ENTALPİK TÜNELİNDE DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Yrd. Doç. Dr. Tolga DEMİRCAN. Akışkanlar dinamiğinde deneysel yöntemler

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD)

ÖZGEÇMİŞ. Derece Alan Üniversite Yıl. Teknik Eğitim Fakültesi, Makina Eğitimi. Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Eğitimi A.B.

BUZDOLABI TASARIMINDA VAKUM YALITIM PANELİ UYGULAMASININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

Abs tract: Key Words: Abdullah YILDIZ Mustafa Ali ERSÖZ

MAK104 TEKNİK FİZİK UYGULAMALAR

Radyatör Arkalarına Yerleştirilen Yansıtıcı Yüzeylerin Radyatör Etkisi

SPLİT KLİMALARDA KULLANILAN KANATLI BORULU ISI DEĞİŞTİRGECİ TASARIM PARAMETRELERİNİN DUYULUR KAPASİTEYE OLAN ETKİSİ

Buzdolabı Tasarımında Vakum Yalıtım Paneli Uygulamasının Sayısal Olarak İncelenmesi

KLİMA SANTRALLERİNDEKİ BOŞ HÜCRELER İÇİN TASARLANAN BİR ANEMOSTAT TİP DİFÜZÖRÜN AKIŞ ANALİZİ

f = =

KANATLI BORULU YOĞUŞTURUCULARDA İKİ-FAZLI AKIŞ BAĞINTILARININ ISIL KAPASİTE HESABINA

GÜNEŞ ENERJİLİ TABİİ SİRKÜLASYONLU ENDİREKT SICAK SU HAZIRLAMA SİSTEMLERİNDE KANATÇIK KULLANMANIN ISIL ANALİZİ

Levha Kanatlı Borulu Tipli Bir Buharlaştırıcının Isıl Davranışının Entalpik Tünelinde Deneysel Olarak İncelenmesi

FAZ DEĞİŞİM MALZEMELİ KAVİTENİN SAYISAL MODELLENMESİ. Alpay ÖZSÜER Veysel Erdem ZÖRER

KMM 302 KİMYA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI I

Abs tract: Key Words: Gökhan ARSLAN

7. BÖLÜMLE İLGİLİ ÖRNEK SORULAR

ÖZGEÇMİŞ. Yardımcı Doçent Makine Mühendisliği Çukurova Üniversitesi Doçent Makine Mühendisliği Çukurova Üniversitesi

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI LABORATUVARI DOĞAL VE ZORLANMIŞ TAŞINIM DENEY FÖYÜ

KONUTLARDA VE SANAYİDE ISI YALITIMI İLE ENERJİ TASARRUFU - SU YALITIMI EĞİTİMİ VE GAP ÇALIŞTAYI

ENERJİ YÖNETİMİ VE POLİTİKALARI

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

TAMGA ENDÜSTRİYEL KONTROL SİSTEMLERİ LTD.ŞTİ., ENERJİ YÖNETİMİNDE SINIRSIZ ÇÖZÜMLER SUNAR. HOŞGELDİNİZ

BİR OFİS İÇİN TERMAL KONFOR ANALİZİNİN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ YÖNTEMİ İLE MODELLENMESİ VE SAYISAL ÇÖZÜMÜ

ISI DEĞİŞTİRİCİLERİN TASARIMI [1-4]

YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ UYGULAMALI MÜHENDİSLİK MODELLEMESİ

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 4

BUZDOLABI TASARIM PARAMETRELERİNİN SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Problem 2.6 Problem 2.21 Problem 2.23

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ DEKANLIĞI DERS/MODÜL/BLOK TANITIM FORMU. Dersin Kodu: MAK 3033

R1234YF SOĞUTUCU AKIŞKANININ FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ İÇİN BASİT EŞİTLİKLER ÖZET ABSTRACT

PARALEL VE ZIT AKIŞLI ISI DEĞİŞTİRİCİLERİ DENEYİ

Isı Yalıtım Projesini Yapanın ONAY

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ LİSANS EĞİTİM-ÖĞRETİM PLANI (NORMAL VE İKİNCİ ÖĞRETİM)

TAŞINIMIN FİZİKSEL MEKANİZMASI

XII. ULUSAL TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ ERGİN BAYRAK, NACİ ŞAHİN Nisan 2015, İZMİR

Gaz Yakıtlı Sıcak Hava Üreteçleri

KAZANLARDA ENERJİ VERİMLİLİĞİ

Kaliteli Isı Değiştiriciler

Mekanik Karıştırıcıların Hesaplamalı Akışkanlar Mekaniği ile Sayısal Modellenmesi

YOĞUŞMA DENEYİ. Arş. Gör. Emre MANDEV

Dr. Osman TURAN. Makine ve İmalat Mühendisliği Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi ISI TRANSFERİ

Binanın Özgül Isı Kaybı Hesaplama Çizelgesi

Akışkanların Dinamiği

Dolaylı Adyabatik Soğutma Sistemi

ADIYAMAN ÜNİVERSİTESİ

HAVA SOĞUTMALI BİR SOĞUTMA GURUBUNDA SOĞUTMA KAPASİTESİ VE ETKİNLİĞİNİN DIŞ SICAKLIKLARLA DEĞİŞİMİ

FARKLI TİPTE MODELLENMİŞ GÜNEŞ DUVARLARININ ISIL PERFORMANSININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

KULLANIM ALANLARI: Kafeler, Restaurantlar, Fabrikalar, Atölyeler, Seralar, Spor Salonları, Tavuk Çiftlikleri ve bu gibi kapalı alanlar.

DEÜ Makina Mühendisliği Bölümü MAK 4097

Numerical Investigation of the Effect of Needle Tilting Angle on Irrigant Flow Inside the Tooth Root Canal

AKSİYAL ISITMA APAREYLERİ

TOP NAMLU AĞIZ BASKISI TASARIMININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ İLE İNCELENMESİ

MAK-LAB007 AKIŞKAN YATAĞINDA AKIŞKANLAŞTIRMA DENEYİ

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ. Isı Transferi MK-322 3/Bahar (4+0+0) 4 5

JEOTERMAL BÖLGE ISITMA SİSTEMLERİNDE SICAKLIK KONTROLUNUN DÖNÜŞ SICAKLIĞINA ETKİSİ

TAŞINIMLA ISI AKTARIMI DENEYİ

AKIŞKANLARIN ISI İLETİM KATSAYILARININ BELİRLENMESİ DENEYİ

Gaz INOA GREEN EU. ErP uyumlu premix yoğuşma teknolojisi

HAVA ARAÇLARINDAKİ ELEKTRONİK EKİPMANLARIN SOĞUTULMASINDA KULLANILAN SOĞUTMA SIVILARININ PERFORMANSA BAĞLI SEÇİM KRİTERLERİ

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

PLAKALI ISI EŞANJÖRÜ SEÇĐMĐ: [1)YÜZME HAVUZLARININ ISITILMASINDA ÇAĞDAŞ ÇÖZÜM. Semih Ferit Emekli

2009 MÜFREDATI MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ / MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ EĞİTİM PLANI SINIF: 1 DÖNEM: GÜZ. Ders Kodu Dersin Adı T P K ECTS Ders Tipi

AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI BAŞKANLIĞI YÜKSEK LİSANS PROGRAMI

Sürekli Rejimde İletim Çok Boyutlu 77. Giriş 1. Sürekli Rejimde İletim Bir Boyutlu 27. Geçici Rejim Isı İletimi 139

HELİSEL BORULARDA AKIŞ VE ISI TRANSFERİNİN İNCELENMESİ. Fırat Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makina Eğitimi Bölümü, 23119, Elazığ

Konsantrik Tip Bir Isı Değiştiricisinde Türbülatörlerin Etkisinin Sayısal İncelenmesi

Endüstriyel Bir Fırının Atık Isısının Enerji Verimliliğine Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ/MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ EĞİTİM PLANI Saat/Hafta

Corresponding author: Özet. Bu çalışmada yamuk kesit alanına sahip bir kanal içerisindeki hidrodinamik olarak

ISI TRANSFERİ LABORATUARI-2

Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Pamukkale University Journal of Engineering Sciences

AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI BAŞKANLIĞI YÜKSEK LİSANS PROGRAMI

EVHRAC 3 YIL. Avantajları. Fonksiyonu. Modeller

FARKLI LAMEL TİPLERİNİN KANATLI BORULU ISITMA BATARYASI PERFORMANSI ÜZERİNE ETKİLERİNİN SAYISAL YÖNTEMLERLE KARŞILAŞTIRILMASI

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFER LABORATUVARI SUDAN SUYA TÜRBÜLANSLI AKIŞ ISI DEĞİŞTİRİCİSİ

Mekân İçerisindeki Radyatörlerin Etrafındaki Engellere Göre Isıl Veriminin İncelenmesi

Aşağıda Tablo 1'de fuel-oil ve doğal gazın yakılması hususuna ilişkin bazı değerler verilmektedir (23).

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ MÜFREDATI

GEMĐLERDE KULLANILAN VAKUM EVAPORATÖRLERĐNDE OPTĐMUM ISI TRANSFER ALANININ BELĐRLENMESĐ

ENERJİ YÖNETİMİ ve POLİTİKALARI

Isıtma Sistemlerinde Kullanılan Plakalı Isı Değiştiricilerin Termodinamik Analizi

Oturum Başkanı: Zühtü FERAH

NİTRON CONDENSE Yoğuşmalı Kombi

BİNA HAKKINDA GENEL BİLGİLER

TETA & TEDA. Sıcak Hava Apareyleri

ANOVA MÜHENDİSLİK LTD. ŞTİ.

ISI TEKNİĞİ LABORATUARI-1

Transkript:

MAKALE Duvar Tipi Yoğuşmalı Isıtma Cihazlarının Sayısal Olarak İncelenmesi Hasan AVCI 1, Dilek KUMLUTAŞ 2, Mustafa DUTUCU 1, Sinan YÜCEDAĞ 1 1 Türk Demir Döküm Fabrikaları A.Ş., Ar&Ge Merkezi Departmanı Bozüyük, Bilecik, hasan.avci@demirdokum.com.tr, mustafa.dutucu@demirdokum.com.tr, sinan.yucedag@demirdokum.com.tr 2 Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü Tınaztepe Kampusü, İzmir, dilek.kumlutas@deu.edu.tr ÖZET Günümüzde yaşam alanlarının ısıtılmasını sağlayan cihazların enerji verimliliği ile ilgili birçok düzenlemeler yapılmaktadır. Bu bağlamda, ERP (Energy Related Products) regülasyonları ile 2015 yılının Eylül ayından itibaren Avrupa Birliği ülkelerinde yoğuşmasız cihaz kullanımı yasaklanacaktır. Bu regülasyonların ülkemizde de uygulanması için ilgili bakanlıklarca çalışmalar devam etmektedir. Bundan dolayı, duvar tipi ısıtma cihazlarında enerji verimliliği ve yoğuşma önemli bir tasarım kriteri haline gelmiştir. Mevcut duvar tipi ısıtma cihazlarının yoğuşmalı hale getirilmesi ve yeni tasarlanacak yoğuşmalı cihazların ilgili regülasyonları sağlayabilmesi için ısıtma cihazları üreticileri detaylı mühendislik çalışmaları yapmak zorundadır. Bu çalışmada; duvar tipi yoğuşmalı bir ısıtma cihazının yanma ünitesine ait hava hacminin sayısal modeli oluşturulmuştur. Bu hava hacminde gerçekleşen ısı transferi ve akışkanlar dinamiği sayısal olarak hesaplanmış olup yanma ünitesi içerisinde gerçekleşen akış karakteristikleri ve ısı dağılımları detaylı olarak incelenmiştir. Anahtar Kelimler: Duvar Tipi Isıtma Cihazı, Yanma Ünitesi, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) NUMERICAL INVESTIGATION OF THE WALL HANG CONDENSE HEATING APPLIANCES Abstract: Nowadays, a lot of regulations have been made about the energy efficiency of appliances used for heating the residence space. Based on this, non-condense appliance will be forbidden at European Union countries valid starting from September 2015 with ERP (Energy Related Products) regulations. The legislative efforts have continued to be implemented for our country by the relevant ministries as well. Therefore, the energy efficiency and condensation become important design criteria for the wall hang heating appliances. The producers of heating appliances have to do detailed engineering studies in order to adapt the existing wall hang heating appliances to condense version and design new condense appliances in accord with the related regulations. In this study, the numerical air volume of the wall hang condense heating appliance s heat engine is modeled. The occurred heat transfer and fluid dynamics are calculated numerically for this air volume and the distributions of flow and heat are investigated in depth. Keywords: Wall Hang Heating Appliance, Heat Engine, Computational Fluid Dynamics (CFD) 50 TTMD DERGİSİ TEMMUZ - AĞUSTOS 2015

SEMBOLLER CO Karbonmonoksit CO 2 Karbondioksit C p Özgül ısı [J/kgK] k Isı iletim katsayısı [W/mK] T f Film sıcaklığı [K] α Isıl yayılım katsayısı [m 2 /s] ν Kinematik vizkosite [m 2 /s] ρ Yoğunluk [kg/m 3 ] GİRİŞ Yaşam alanlarında ve konutlarda ısıtma ve sıcak su temini için ısı üretimi, dağıtımı ve tüketiminin aynı bağımsız bölüm içerisinde yapılmasına bireysel ısıtma denir ( Türkeri, 2007). Bireysel ısıtma sistemi olan duvar tipi ısıtma cihazları, ülkemizde ve Avrupa da yaygınlaşan doğalgaz altyapısı sayesinde kullanımları artmaktadır. Avrupa birliği ülkelerinde, 2015 Eylül ayından itibaren ERP regülasyonlarına göre yoğuşmasız ısıtma cihazı satışı yasaklanacaktır (Avcı vd., 2015). Bu nedenle, enerji verimliliği yüksek ısıtma cihazlarının geliştirilmesi çalışmaları önem kazanmıştır. Isıtma cihazı üreticilerinin, mevcut ve tasarlanacak yeni ürünlerini bu yasal yönetmeliklere uygun hale getirebilmesi için birçok mühendislik çalışmaları yapması gerekmektedir. Duvar tipi yoğuşmalı ısıtma cihazların ısıl performansında ve enerji verimliliği üzerinde, yanma ünitelerinin içerisinde kullanılan ısı değiştiriciler, yönlendiriciler ve diğer akış engelleyiciler önemli rol oynamaktadır. Yanma reaksiyonun gerçekleştiği bu ortamlarda kullanılan bu ısı değiştiriciler ve akış yönlendiriciler bakır, alüminyum veya paslanmaz çelik malzemelerden üretilebilmektedir. Ayrıca, atık gaz olarak bilinen yanmış gaz ortamından ısıtılacak olan akışkana aktarılan toplam ısı transferi ve gerçekleşen basınç düşümleri yanma ünitesi içerisinde kullanılan komponentlerin geometrisine göre değişim göstermektedir. Yanma ünitelerinin içerisindeki ısı değiştiricilerinde gerçekleşen taşınımla olan ısı transferinin arttırılması için genişletilmiş yüzeyler kullanılmaktadır. Bu genişletilmiş yüzeyler alüminyum malzemeden üretilmiş ısı değiştiricileri için çoğunlukla kanatlı borulu geometrilerle oluşturulmuştur. Literatürde, çeşitli kanat tiplerindeki kanatlı borulu ısı değiştiricilerinin hava tarafında gerçekleşen ısı transferini ve ısıl performansını inceleyen birçok deneysel çalışma mevcuttur (Du ve Wang, 2000; Kim vd., 1999; Perrotin ve Clodic, 2003; Wang vd., 2001). Bu çalışmalar, sadece belirli deney şartları altında ve farklı uygulama alanları için gerçekleştirilmiştir. Ancak yanma reaksiyonun gerçekleştiği yanma üniteleri için deneysel çalışmalar çok fazla bulunmamaktadır (Lee vd.,2011). Duvar tipi yoğuşmalı ısıtma cihazlarının yanma ünitesinde gerçekleşen ısı transferi ve akış dağılımlarının incelenmesinde deneysel çalışmaların yanı sıra sayısal yöntemlerin de kullanılması gerekmektedir. Yanma ünitelerinde kullanılan kanatlı borulu ısı değiştirici tasarımı hakkında literatürde yapılan sayısal çalışmalar incelendiğinde, 2010 yılında Wais tarafından gerçekleştirilmiş detaylı bir çalışma bulunmaktadır (Wais, 2010). Radyal kanatlı borulu ısı değiştirici optimizasyon çalışmasında, farklı akış hızı değerlerinin ve kanat profili değişikliğinin performansa olan etkisi incelenmiştir. 2013 yılında H. Bilirgen ve arkadaşları tarafından yapılan diğer bir çalışmada; belirlenen kanatlı yapıya ait tasarım parametrelerinin, kanatlı borulu ısı değiştiricisinde meydana gelen ortalama ısı transferi ve basınç düşümü üzerindeki etkileri, ANSYS programı ile sayısal olarak incelenmiştir (Bilirgen vd., 2013). Kanatlı borulu ısı değiştiricileri ile ilgili literatürde birçok sayısal çalışma olmasına karşın yanma ünitesi iç hava hacminin sayısal modellenerek, gerçekleşen ısı ve akış dağılımlarını belirleyen sayısal çalışma neredeyse yok denecek kadar azdır. 2013 yılında Karaaslan ve arkadaşları tarafından yapılan çalışmada; bir kombinin alüminyum döküm üretim tekniği ile üretilmiş yanma ünitesi sayısal olarak modellenmiş olup kanatçıklı ve kanatçıksız durama ait ısı transferi ve akış karakteristiği incelenmiştir (Karaaslan vd., 2013). Bir önceki çalışmamızda yanma ünitesi içerisinde modellenen kanatlı borulu ısı değiştiricisine ait tasarım parametreleri sayısal olarak incelenmiş olup belirlenen en iyi tasarım değerleri bu çalışmadaki ısı değiştiricisinin modellenmesinde kullanılmıştır (Avcı vd, 2015). Bu çalışmada ise öncelikle duvar tipi yoğuşmalı bir ısıtma cihazının yanma ünitesine ait hava hacminin sayısal modeli oluşturulmuştur. Bu hava hacminde gerçekleşen ısı transferi ve akışkanlar dinamiği sayısal olarak hesaplanmış olup yanma ünitesi içerisinde gerçekleşen akış karakteristikleri ve ısı dağılımları detaylı olarak incelenmiştir. TEMMUZ - AĞUSTOS 2015 TTMD DERGİSİ 51

MAKALE SAYISAL ÇALIŞMA Bu çalışma kapsamında incelenen duvar tipi yoğuşmalı ısıtma cihazının yanma ünitesine ait çalışma prensibi Şekil 1 de verilmiştir. CO ve CO 2 emisyonlarının standartların belirlediği limitlerin altında olması gereği nedeni ile yanıcı gaz (doğalgaz) ve taze hava karıştırıcıda belli oranlarda karıştırılır. Gaz hava karışımı brülörde yakılır. Yanma reaksiyonu sonucu ortaya çıkan ısı enerjisi, iletim, taşınım ve ışınım yolu ile ısı değiştiricisinden suya transfer edilir. Atık gazda bulunan su buharı gizli ısısını kaybederek yoğuşma sıcaklığı altına indiğinde sıva faza dönüşür. Sıvı faza dönen bu suya yoğuşma suyu denilmektedir. Yanma ünitesi drenajından yoğuşma suyu tahliye edilir. Atık gaz son olarak atık gaz borusu ile atmosfere gönderilir (Avcı vd, 2015). Şekil 2. Atık gaz hacmine ait üç boyutlu sayısal model gösterimi. Şekil 3. Isı değiştiricisi kesit detay gösterimi. Model oluşturulduktan sonra sayısal analizler için bir sonraki adım, modeli çözüm ağına ayırma işlemidir. Farklı ağ yapısı oluşturma teknikleri birlikte kullanılarak sayısal modele ait uygun çözüm ağı oluşturulmuştur. Sayısal modele ait çözüm ağı eleman sayısı 835719 olup Şekil 4 de gösterilmiştir. Şekil 1. Duvar tipi yoğuşmalı ısıtma cihazının yanma ünitesine ait çalışma prensibinin şematik gösterimi (Avcı vd, 2015). Yanma ünitesi içerisindeki atık gaza ait akış ve ısı dağılımlarının incelenebilmesi için atık gaz hava hacminin sayısal üç boyutlu modeli oluşturulmuştur (Şekil 2). Şekil 2 de görüldüğü gibi, çözüm ağı eleman sayılarını azaltmak ve çözüm sürelerini kısaltmak için silindirik yanma ünitesi iç hava hacminin dörtte birlik kısmı modellenmiştir. Isı değiştiricisi yüzeyleri, brülör yüzeyi ve yönlendirici yüzeyleri hava hacminden çıkartılarak akış engelleyici olarak modellenmiştir. Alüminyum kanatlı ısı değiştiricisine ait kesit ve boyut detayları Şekil 3 de verilmiştir. Bir önceki çalışmamızda yanma ünitesi içerisinde modellenen ısı değiştiricisine ait tasarım parametreleri sayısal olarak incelenmiş olup belirlenen en iyi tasarım değerleri bu çalışmadaki ısı değiştiricisinin modellenmesinde kullanılmıştır (Avcı vd, 2015). Şekil 4. Sayısal modele ait çözüm ağının gösterimi. Sayısal çözüm sırasında, oda sıcaklığındaki 6000 serisi alüminyum malzemesine ait 0.42 yayma katsayı değerleri ısı değiştiricisi yüzeyler için tanımlanmıştır. Atık gaz hacmi için sayısal çözüm sırasında, havanın bazı termofiziksel özellikleri kullanılmaktadır. Havanın özellikleri, yanma ünitesinin giriş ve çıkışındaki deneysel 52 TTMD DERGİSİ TEMMUZ - AĞUSTOS 2015

olarak belirlenen atık gaz sıcaklıklarının ortalaması alınarak hesaplanan film sıcaklığındaki değerler olarak kabul edilmiştir. Tablo 1 de havanın termofiziksel özellikleri belirtilmiştir. T f film sıcaklığını, ρ yoğunluğu, Cp özgül ısıyı, k ısı iletim katsayısını, α ısıl yayılım katsayısını ve ν kinematik viskoziteyi ifade etmektedir (Incropera ve Dewitt, 2000). Tablo 1. Havanın termofiziksel özellikleri. T f [K] ρ [kg/ m 3 ] C p [J/kgK] k [W/ mk] 850 0.4097 1110 0.0596 13.1 x10-5 α [m 2 /s] ν [m 2 /s] 9.38 x10-5 Yapılan deneysel çalışmalar ve kabuller doğrultusunda sayısal modellere ait sınır şartları belirlenmiş olup Şekil 5 de şematik olarak gösterilmiştir. Tablo 2. Isı değiştiricisi sabit yüzey sıcaklıkları. Sarmal Sıcaklık (K) 1. Sarmal 428.15 2. Sarmal 423.15 3. Sarmal 420.65 4. Sarmal 438.15 5. Sarmal 405.15 6. Sarmal 393.15 7. Sarmal 375.15 8. Sarmal 355.65 9. Sarmal 345.15 10. Sarmal 337.15 11. Sarmal 331.15 12. Sarmal 328.15 Simetri yüzeyleri ve atık gaz çıkış yüzeyi dışında kalan yönlendirici yüzeyleri ve diğer yüzeyler adyabatik sınır koşulu olarak sayısal çalışmaya tanımlanmıştır. Literatür araştırmaları ve önceki çalışmalarımızdan kazandığımız deneyimler sonucunda, sayısal modelimizin çözümünde; sürekli rejim, ışınım etkileri, yerçekimi etkisiyle oluşan doğal taşınım, fan etkisiyle oluşan zorlanmış taşınım ve türbülanslı akış türü koşulları göz önünde bulundurulmuştur. SONUÇLAR Sayısal çalışmadan elde edilen veriler incelendiğinde dörtte bir modellenen yanma ünitesi iç hava hacminde gerçekleşen akış çizgileri Şekil 6 da verilmiştir. Brülör yüzeyinde 0.85 m/sn hız ile ayrılan atık gaz çıkış bölgesinden 71.19 m/sn hıza ulaşarak ayrılmaktadır. Şekil 5. Sayısal modele ait sınır şartlarının gösterimi. Belirli oranlarda karıştırılan yanıcı gaz (doğalgaz vb.) ve hava bir fan yardımı ile brülör yüzeyinden geçerek yanma ünitesi içerisine girmektedir. Bu karışımın giriş hızı, brülör yüzeylerine sınır şartı olarak tanımlanmıştır. Deneysel çalışmalarımızda kullanılan fan debisi ve brülör yüzey alanları göz önünde bulundurulduğunda 0.85 m/sn lik bir hava girişi hesaplanmıştır. Alüminyum ısı değiştiricisi, kanatlı borulu 12 adet sarmaldan tasarlanmıştır. Sayısal analizlerde, atık gaz hava hacminin temas ettiği ısı değiştiricisi yüzeylerine sabit sıcaklık sınır şartı tanımlanmıştır. Her bir sarmaldaki sıcaklık değerleri, önceki deneysel çalışmalarımızla belirlenmiş olup Tablo 2 de verilmiştir. Şekil 6 da görüldüğü gibi atık gazın büyük bir bölümü, ilk olarak brülör yüzeyinden ayrıldıktan sonra ısı değiştiricisinin yanma ünitesi iç bölgesine yakın yüzeyleri üzerinden geçerek yönlendiriciye doğru ilerlemektedir. Şekil 7 de bu bölgede gerçekleşen atık gaz hareketine ait detaylı bulgular elde edilmiştir. Yanma reaksiyonun gerçekleştiği bu bölgede kanatlarla arttırılmış ısı transfer yüzey alanları etkin olarak kullanılamamaktadır. Ayrıca bu bölgede gerçekleşen toplam ısı transferinin büyük bir bölümü ışınım yolu ile suya aktarılmaktadır. Bu yüzden, bu bölgedeki kanatlı tip ısı değiştiricisi tasarımı ve kullanımı yeniden değerlendirilmelidir. Şekil 6. Yanma ünitesi iç hava hacminde gerçekleşen akış çizgileri. TEMMUZ - AĞUSTOS 2015 TTMD DERGİSİ 53

MAKALE tedir. Sayısal çalışmada çıkış bölgesinde gerçekleşen ortalama atık gaz sıcaklık değeri 335.473 K olarak bulunmuştur. Sonuç olarak, atık gaz çıkış sıcaklık değerine göre sayısal çalışma ısıl yönden uygun modellenmiştir. Şekil 7. Yanma ünitesi iç hava hacminin üst bölgesinde gerçekleşen detaylı hava akışı. Yanma ünitesi iç hava hacminin alt bölgesinde gerçekleşen hava akışına ait detaylı bulgular Şekil 8 de verilmiştir. Atık gaz, yönlendirici sayesinde ısı değiştiricisi üzerine gönderilmektedir. Bu bölgedeki kanatlı yüzeyler etkin bir şekilde kullanıldığı görülmektedir. Ayrıca çıkışa doğru atık gazın hızı arttığından dolayı kanatlı yüzeyler üzerindeki yerel taşınım katsayıları da artmaktadır. 8. sarımdan 12. sarıma kadarki ısı değiştiricisi yüzeylerinde gerçekleşen ortalama yerel taşınım katsayı 43.03 W/m2K olarak bulunmuştur. Bu bölgede aynı zamanda yoğuşma olayı da meydana gelmektedir. Bu nedenlerden dolayı bu bölgede kullanılan ısı değiştiricisinin kanat yapısı ve tasarımı gerçekleşen toplam ısı transferi üzerinde önemli etkisi bulunmaktadır. Şekil 9. Yanma ünitesi iç hava hacmine ait sıcaklık dağılımı. DEĞERLENDİRME Şekil 8. Yanma ünitesi iç hava hacminin alt bölgesinde gerçekleşen detaylı hava akışı. Dörtte birlik kısmı modellenen yanma ünitesinde gerçekleşen toplam basınç düşümü 2963 Pa olarak bulunmuştur. Yanma ünitesi iç hava hacminde gerçekleşen sıcaklık dağılımı Şekil 9 da verilmiştir. Yönlendiriciden sonraki yanma ünitesinin alt bölgesinde bulunan atık gaza ait sıcaklık dağılımları gerçek durumu yansıtmaktadır. Bu bölgede gerçekleşen toplam ısı transferinin büyük bir kısmı taşınım yolu ile olmaktadır. Duvar tipi yoğuşmalı ısıtma cihazlarında atık gaz çıkış sıcaklık değerleri 328.15 K ile 338.15 K arasında değişmek- 54 TTMD DERGİSİ TEMMUZ - AĞUSTOS 2015 Duvar tipi yoğuşmalı bir ısıtma cihazının yanma ünitesine ait iç havası sayısal olarak modellenebilmiştir. Bu sayede atık gazın akış ve sıcaklık dağılımları detaylı olarak incelenmiştir. Ayrıca, bu çalışma ile bu tür yanma ünitelerinin iki farklı özellikte ısıl bölgeye sahip olduğu bulunmuştur. Yanma ünitesi iç hava hacminin üst bölgesinde, yanma reaksiyonu sonucu meydana gelen atık gaz enerjisinin büyük bir bölümünü ışınım yolu ile suya aktarmasına karşın iç hava hacminin alt bölgesinde enerjinin büyük bir bölümü taşınım yolu ile aktarılmaktadır. Bu yüzden, ısı değiştiricisi yüzeylerine tanımlanan sabit sıcaklık sınır şartının üst bölge için uygun bir sınır şartı olmadığı belirlenmiştir. Bu çalışma sonucunda elde edilen detaylı akış çizgileri ile yanma ünitesi içerisine konumlandırılacak her komponentin atık gaz hareketi üzerinde etkili olduğu gösterilmiştir. Bundan sonraki çalışmalarımızda yanma sonucu ortaya çıkan atık gaz kompozisyonları ve bunlara ait ısıl modeller sınır şartı olarak tanımlanacak olup deneysel çalışmalarla doğrulamalar gerçekleştirilecektir.

TEŞEKKÜR Bu çalışma; TÜBİTAK 1501 Destek Programı 3130798 kodlu TEYDEB projesi ile desteklenmiştir. Desteklerinden dolayı TÜBİTAK a teşekkür ederiz. KAYNAKLAR Avcı H., Kumlutas D., Kapar A., Dutucu M., 2015, Kombideki Isı Değiştirici Kapasitesine Tasarım Parametrelerinin Etkisi, XII. Ulusal Tesisat Müendisliği Kongresi, İzmir, 425-437. Bilirgen H., Dunbar S., Levy E. K., 2013, Numerical Modeling of Finned Heat Exchangers, Applied Thermal Engineering, 61, 278-288. Du Y. J., Wang C. C., 2000, An Experimental Study of The Air Side Performance of Superslit Fin and Tube Heat Exchangers, International Journal of Heat and Mass Transfer, 43, 4475-4482. Incropera F. P., Dewitt D. P, 2000, Isı ve Kütle Geçişinin Temelleri, Literatür Yayınları. Karaaslan S., Çalışır T., Yılmazoğlu M. Z., Yılmaz T. O., Başkaya Ş., 2013, 19. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Samsun, 732-737. Kim N. H., Youn B., Webb R. L., 1999, Air Side Heat Transfer and Friction Correlations for Plain Fin and Tube Heat Exchangers with Staggered Tube Arrangements, ASME Transaction, 121. Lee S., Kum S. M., Lee C. E., 2011, Performance of Heat Exchanger and Pilot Boiler for The Development of A Condensing Gas Boiler, Energy, 36, 3945-3951. Türkeri, A., 2007, Bireysel ve Merkezi Isıtma Sistemlerinin Tanıtımı ve Karşılaştırılması, VIII. Ulusal Tesisat Kongresi, İzmir, 181-188. Perrotin T., Clodic D., 2003, Fin Efficiency Calculation in Enhanced Fin and Tube Heat Exchanger in Dry Conditions, International Congress of Refrigeration. Wais P., 2010, Fluid Flow Consideration in Fin Tube Heat Exchanger Optimization, Archives of Thermodynamics, 31, 87-104. Wang C. C., Lee W. S., Sheu W. J., 2001, A Comparative Study of Compact Enhanced Fin and Tube Heat Exchangers, International Journal of Heat and Mass Transfer, 44, 3565-3573. ÖZGEÇMİŞLER Hasan AVCI 1984 yılı Edirne doğumludur. 2007 yılında Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü nü bitirmiştir. 2011 yılında aynı üniversitede Yüksek Lisans eğitimini tamamlamıştır. 2010-2013 yılları arasında Vestel Beyaz Eşya A.Ş. firmasının Teknoloji Geliştirme ve Endüstriyel Tasarım departmanında mekanik/termal tasarım mühendisi olarak çalışmıştır. 2013 yılından itibaren Vaillant Grup bünyesindeki Türk DemirDöküm Fabrikaları firmasının Ar&Ge Merkezinde inovasyon mühendisi olarak çalışmaktadır. Dokuz Eylül Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü Enerji Anabilim Dalı'nda doktora eğitimine devam etmektedir. Dilek KUMLUTAŞ İzmir doğumludur. 1990 yılında Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü nü bitirmiştir. Aynı Üniversite nin Enerji Anabilim dalında 1994 yılında Yüksek Lisans, 1999 yılında Doktora Eğitimini tamamlamıştır. 1990-1999 yılları arasında Araştırma Görevlisi, 1999-2007 yılları arasında Yardımcı Doçent, 2007-2013 Doçent olarak görev yapmıştır. 2013 yılından beri Makina Bölümü nde Profesör olarak çalışmaktadır. Mustafa DUTUCU 1984 Karabük doğumludur. 2007 yılında Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü nü bitirmiştir. 2009-2011 yılları arasında Kardemir AŞ de Mekanik Bakım ve Onarım Mühendisi olarak çalışmıştır. 2011-2012 yılları arasında Erse Makina da imalat mühendisi ve 2012-2014 yılları arasında Petlas AŞ de Ar&Ge departmanında Ürün Geliştirme ve Proses Mühendisi olarak çalışmıştır. 2014 yılından itibaren Vaillant Grup bünyesindeki Türk DemirDöküm Fabrikaları firmasında Ar&Ge Merkezinde tasarım mühendisi olarak çalışmaktadır. Karabük Üniversitesi nde Yüksek Lisans eğitimine devam etmektedir. Sinan YÜCEDAĞ 1979 İstanbul doğumludur. 2003 yılında Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü nü bitirmiştir. 2007 yılında Gazi Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü nde Yüksek Lisans eğitimini tamamlamıştır. 2007 yılında DemirDöküm Fab. A.Ş de göreve başlamış olup, 2007-2009 yılları arasında Ar-Ge mühendisi olarak çeşitli projelerde görev almıştır. 2009-2013 yılları arasında Ar-Ge sorumlusu olarak, 2013 yılından itibaren de Ar-Ge Merkezi nde Proje Yöneticisi olarak görev almaktadır TEMMUZ - AĞUSTOS 2015 TTMD DERGİSİ 55