Heat transfer and fluid flow enhancement of tube bank heat exchangers with various cross-sections using computational fluid dynamics integrated with multi-objective genetic algorithm optimization method
Çok amaçlı genetik algoritma optimizasyon yöntemi ile bütünleştirilmiş hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanılarak çeşitli kesitlere sahip boru demeti ısı değiştiricilerinde ısı transferi ve akışın iyileştirilmesi
- Tez No: 836010
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET BİLGİLİ, DOÇ. DR. MEHMET TAHİR ERDİNÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Otomotiv Mühendisliği, Automotive Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Çukurova Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Boru demeti ısı değiştiricileri otomotiv sektörü de dahil olmak üzere birçok uygulamada yaygın olarak tercih edilmektedir. Bu tezde dairesel, elmas ve gelişmiş şekilli boru demetlerinin karşılaştırmalı eniyileme çalışmaları yapılmıştır. En iyi boru demeti geometrilerini belirlemek için Çok Amaçlı Genetik Algoritma II (MOGA-II) kullanılmıştır. İlk olarak literatürdeki dairesel ve elmas şekilli geometrilerin deneysel sonuçları karşılaştırılarak doğrulama çalışmaları yapılmıştır. Daha sonra gelişmiş adı verilen yeni bir boru demeti geometrisi, geometrik tanımıyla birlikte sunulmuştur. Boru demetleri etrafındaki akışın daimi, sıkıştırılamaz ve türbülanslı olduğu varsayılmaktadır. Ayrıca akışkanın giriş sıcaklığı ve boruların duvar sıcaklığının sabit olduğu varsayılmaktadır. Korunum denklemlerini çözmek için sonlu hacim yöntemi kullanılmıştır. Tüm analizlerin amaç fonksiyonları, sabit dış çevreye sahip borularda ısı transferini maksimuma çıkarmak ve pompa gücünü minimuma indirmektir. Optimizasyon çalışmaları sıralı ve saptırmalı olmak üzere iki farklı boru demeti için yapılmıştır. Her durumda çalışmalar iki adıma ayrılmıştır. İlk adımda dairesel ve elmas şeklindeki boru demetleri karşılaştırılmıştır. Ancak ikinci adımda elmas ve gelişmiş şekilli boru demetleri kısıt verilerek karşılaştırmıştır. Tüm Pareto tasarımları ve seçilen optimum tasarımlar, verilen parametreler kullanılarak tablolaştırılmış ve karşılaştırılmıştır. Çalışma, her iki sıralı ve saptırmalı dizilim için, gelişmiş geometriye sahip en iyi boru demeti tasarımının, dairesel ve elmas şeklindeki boru demetlerinden daha iyi ısı transferi ve akış performansı verdiğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Tube bank heat exchangers are commonly preferred in many applications, including automotive industry. In this thesis, comparative optimization studies are performed for circular, diamond, and enhanced shaped tube banks. Multi-objective Genetic Algorithm II (MOGA-II) is used to determine optimum tube bank geometries. Firstly, validation studies are made comparing the experimental results of the circular and diamond shaped geometries from the literature. Then a new tube bank geometry, called the enhanced is introduced with its geometric description. The flow around the tube banks is assumed to be steady, incompressible, and turbulent. The inlet temperature of the fluid and the wall temperature of the tubes are assumed to be constant. The finite volume method is utilized to solve governing equations. Objective functions for all analyzes are maximization heat transfer and minimization pump power at constant tube periphery. Optimization studies are carried out for two different tube bank arrangements which are inline and staggered. In each case, it is divided into two steps. In the first step circular and diamond shaped tube banks are compared. However, in the second step diamond and enhanced shaped tube banks are compared with defined constraints. All Pareto designs and selected optimum designs are tabulated and compared using the given parameters. The Study has shown that determined optimum tube bank design with enhanced geometry has better heat transfer and fluid flow performance than circular and diamond shaped tube banks in both inline and staggered arrangements.
Benzer Tezler
- Gövde-boru tipi ısı değiştiricilerinde tek fazlı iç akıştaki ısı transferinin pasif yöntemler kullanılarak iyileştirilmesi ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile analizi
Enhancement of heat transfer in single-phase internal flow of shell and tube type heat exchangers using passive methods and computational fluid dynamics analysis
ERDİNÇ DURAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERMAN ASLAN
DOÇ. DR. İLYAS YILMAZ
- Investigation on effect of pitch ratio for finned tube in cross-flow heat exchanger on fluid flow and heat transfer
Çapraz akışlı ısı eşanjöründe kullanılan kanatlı boru için kanat açıklık oranının akış ve ısı transferine etkisinin incelenmesi
MOHAMMED KHALID JAR AL-ISAWI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KAMİL ARSLAN
- Mini kanallar içerisinde tek fazlı akış ve ısı taşınımının sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Numerical and experimental analysis of fluid flow and convective heat transfer in mini-channels
NİHAL UĞURLUBİLEK
Doktora
Türkçe
2007
Makine MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İSMAİL YALÇIN URALCAN
- Experimental study of shell and tube heat exchanger performance using AL2O3\water and TiO2\water nanofluids
AL2O3\su ve TiO2\\su nanoakışlarının kullanıldığı huzme borulu ısı eşanjörlerin deneysel çalışması
RAED KHALID ABDULLAH
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiTürk Hava Kurumu ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MOHAMED ELMNEFI
- Forced convection flow and heat transfer of non-Newtonian nanofluids through a circular tube
Newtonyen olmayan nanoakışkanların dairesel bir boru boyunca zorlanmış konveksiyon akışı ve ısı transferi
GÖKHAN KIYAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SALİM KUNT ATALIK