deneysel Çalışmalar, hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve yapay

Tesisat Mühendisliği - Sayı 134 - Mart/Nisan 2013 23

Makale

ÖZETBu bildiride deneysel, sayısal çalışmalar ve yapay sinir ağları ile ısıl özellik tah-mini çalışmaları yer almaktadır. Öncelikle çeşitli plakalı ısı değiştirgeci plaka-ları üzerinde deneyler yapılarak plakaların ısıl ve hidrolik performansları testedilmiştir, plakaların her biri için plakaya özel Nusselt sayısı ve basınç düşümükorelasyonları geliştirilmiştir. Aynı deney verileri kullanılarak yapay sinir ağla-rı eğitilmiş ve korelasyonlara alternatif olarak literatürde daha önce çeşitlikonularda ve farklı ısı değiştirgeci uygulamalarında son zamanlarda kullanıl-maya başlanan yapay sinir ağları korelasyonlar yerine özellik tahmini için kul-lanılmıştır. Deneysel çalışmalara paralel olarak yürütülecek olan hesaplamalıakışkanlar dinamiği simülasyonları ile deneylerdeki plaka geometrilerinden olu-şan plakalı ısı değiştirgeçlerinin sayısal simülasyonları gerçekleştirilerek,sonuçlar deneysel veriler ile doğrulanması amaçlanmaktadır. Tüm bu sayısal vedeneysel veriler sonucunda geliştirilen ETU HEX (TOBB Ekonomi ve TeknolojiÜniversitesi Isı Değiştirgeci Programı) plakalı ısı değiştirgeci seçimi bilgisayarprogramı ile hesaplamalar plakalara özel korelasyonlara göre yapılmaktadır.

Anahtar Kelimeler: Isı Değiştirgeci, Korelasyon, Yapay Sinir Ağları, NusseltSayısı, Sürtünme Katsayısı.

1. GİRİŞSanayide kullanılan enerjinin çoğu ısıdan elde edilmektedir.Enerjinin muhafaza edilmesi sadece yeni ve daha ileri teknolojilerinkullanılmasıyla değil aynı zamanda mevcut yöntemin daha iyi devamettirilmesi ve geliştirilmesi ile enerji geri dönüşümü sayesinde sağla-nabilir. Sistemlerin iyileştirilmesi önemli miktarda enerji kazanımısağlamaktadır. Bu enerjiyi kullanmanın en iyi yollarından bir tanesisoğuk su kaynaklarını ısıtmaktır ve bu sistemler ısı değiştirgeçleridonanımlarına ihtiyaç duyar [1]. Isı değiştirgeçleri, farklı sıcaklıklar-daki iki veya daha fazla akışkanın arasında ısıl enerji geçişini sağla-yan araçlardır. Çok geniş uygulama alanlarına sahiptirler. Güç üreti-mi, uzay uygulamaları, termik santrallar, ısıtma, iklimlendirme,soğutma tesisatları, elektronik cihazlar, imalat endüstrisi, kimya ve

Abs tract:

In this paper, thermal and hydraulicperformances of plate heat exchang-ers are estimated with the help ofexperimental studies, artificial neuralnetworks and numerical methods. Avariety of experiments are performedon heat exchanger plates. Thermaland hydraulic performance of theseplates are tested. Specific correlationsfor Nusselt number and friction factorare obtained for every plate type.Artificial neural networks (ANNs) aretrained using the same experimentaldata. ANNs which are used for sever-al heat transfer applications in the lit-erature, have recently started to beused in heat exchanger applications toestimate the thermal properties as analternative to correlations. TheComputational Fluid Dynamics simula-tions of plate heat exchangers tested inthe experiments are also performedparallel to the experimental studies.ETU HEX (TOBB University ofEconomics and Technology HeatExchanger program) computer pro-gram, that is developed using theresults of these experimental and com-putational studies specific to plates, isused for plate heat exchanger selec-tion.

Caner TÜRKÇağın GÜLENOĞLU

Ece ÖZKAYAYasin GENÇ

Selin ARADAĞSadık KAKAÇ

Abdullah ÖZCAN

Key Words:

Heat Exchanger; Correlation,Artificial Neural Networks, NusseltNumber, Friction Factor.

Deneysel Çalışmalar, HesaplamalıAkışkanlar Dinamiği ve YapaySinir Ağları ile Plakalı IsıDeğiştirgeci Tasarımı

Caner Turk:Sablon 15.05.2013 16:10 Page 23

Makale

gıda endüstrisi bu alanlardan bazılarıdır [2,3]. Isıdeğiştirgeçlerinin karmaşık geometrileri ve doğrusalolmayan dinamik davranışlarından dolayı çoğumodel, varsayım ve basitleştirmelere ihtiyaç duyar.Sabit özellik değerleri, sabit ısı transfer katsayısı vebenzerlik durumları bu varsayımlardan bazılarıdır[4]. Plakalı ısı değiştirgeçlerinin karmaşık yapıların-dan dolayı ısı transferi hesaplamaları oldukça genişbir konudur. Gerçekleşen ısı transferinin ve meydanagelen basınç düşümünün hesaplanması için çeşitlikorelasyonların geliştirilmesi gerekmektedir. Bunedenle farklı tipteki plakalı ısı değiştirgeçleri içinperformans deneyleri yapılmalı ve bu plakalarauygun korelasyonlar bulunmalıdır.

Farklı akışkan tipleri ve plaka çeşitleri için birçokdeneysel çalışma mevcuttur [2]. Bobbili vd tarafın-dan gerçekleştirilen 17.000 ve 1.000 arasında değişenReynolds sayıları için farklı plaka sayılarında deney-ler gerçekleştirilmiş ve akışkan olarak soğuk ve sıcaktaraf için su seçilerek kullanılmıştır. Deneyler sırasın-da ilk, ortanca ve son plakalarda basınç probları ilestatik basınç ölçümleri kaydedilmiştir. Böylecebasınç düşümü değerleri elde edilmiştir. Basınç farkölçerler ile toplam basınç düşümü değerleri deölçülmüştür. Bobbili vd çalışmaları sonucunda900<Re<10.000 aralığı için fanning sürtünme katsa-yısı korelasyonu geliştirmişlerdir [5]. Muley veManglik tek geçişli, U tipi, karşıt akışlı, chevron tipiplakalı ısı değiştirgecinde basınç düşümü ve ısı trans-ferini deneysel olarak incelemiştir. Farklı chevronaçılarında ve Reynolds sayılarında (600–10.000)deneyler yaparak Nusselt ve fanning sürtünme katsa-yısı için korelasyonlar bulmuşlardır [6].

Korelasyonlar yerine alternatif olarak Yapay SinirAğları ile ısıl özellik tahmini de literatürde mevcut-tur. Xie vd. gövde-boru tipi ısı değiştiricisinde YapaySinir Ağları (YSA) yöntemini kullanarak üç ayrı ısılözellik olan yağ çıkış sıcaklığı, su çıkış sıcaklığı veısı transferi hızlarını tahmin etmiş ve ayrıca korelas-yon yönteminin dezavantajlarından bahsetmiştir [7].Peng ve Ling, kanatçık levha tipi ısı değiştiricisindeYSA yöntemini uygulamış ve yöntem sonucu eldeedilen tahminlerdeki hata oranlarının çok düşük

olduğunu göstererek YSA yönteminin ısıl özelliktahmin etmede kesinlik ve güvenilirlik sahibi olma-sının imalatçıların karmaşık sistemler tasarlamasınadaha çok yardımcı olacağı belirtmiştir [8]. Turk veAradag, çalışmalarında literatürden alınan verileriçin Nusselt sayısı tahminini YSA ile yapmış veçalışma sonucunda elde edilen Nu değerleri deneyselsonuçlara aynı literatürde elde edilen korelasyonlarsonucunda bulunan Nu değerlerinden çok daha yakınolduğu gösterilmiştir [9]. Bir başka çalışmalarındaTurk ve Aradag, kendi çalışma gruplarının elde etti-ği plakalı ısı değiştiricisi verilerine YSA yönteminiuygulayarak Nusselt sayısı ve sürtünme katsayısınıtahmin etmiş ve elde edilen tahminlerin aynı çalışmagrubunun oluşturduğu korelasyonlardan daha kesinve deneysel değerlere yakın sonuç verdiğini vurgula-mıştır [10].

Literatürde plakalı ısı değiştirgeçlerinin sayısal ana-lizini içeren çalışmalara da rastlanmaktadır.Galeazzo vd [11] düz plakalı ısı değiştirgeci için akışve ısı transferi analizi yapmıştır. Paralel ve seri akışdüzenine sahip plakalı ısı değiştirgeçleri ile analizlergerçekleştirilmiştir. Sonuçlar bir boyutlu hesaplama-lar ve deneysel sonuçlarla kıyaslanmıştır. Seri akışlıplakalı ısı değiştirgecinde deneysel sonuçlarla bir veüç boyutlu analizler %8 uyumlu çıkarken paralelakışlı düzende üç boyutlu analizler deneysel sonuç-larla daha uyumlu çıkmıştır [11]. Tsai vd. çalışmala-rını 65° chevron açısına sahip ticari bir plaka ile yap-mışlardır. Çalışmada 600 – 1.700 Reynolds sayısıaralığında analizler gerçekleştirilmiştir. Basınç düşü-mü değerleri deneysel değerlerden %20 sapma gös-termektedir [12]. Miura vd [13] ısı değiştirgeci tasa-rımında önemli iki faktör olan ısı yükü ve basınçkaybı parametrelerini tanımlamıştır. Basınç yüküparametresini hem deneysel hem sayısal olarak çalış-mışlardır. Çalışmalarında düz plakalı ısı değiştirgecikullanmışlardır ve deneysel ve sayısal sonuçlarıuyum içerisindedir. Çalışmanın çoğu düz plakalarnedeni ile laminer rejimde gerçekleştirilmiştir [13].Kanaris vd üçgen baskı desenli bir plakada analizyapmışlardır. Analizlerde hız büyüklüğü, kaymazduvar şartı ve sabit duvar sıcaklığı girdi olarak veril-miştir. Yapılan analizler sonucunda akışın yan taraf-

24 Tesisat Mühendisliği - Sayı 134 - Mart/Nisan 2013

Caner Turk:Sablon 15.05.2013 16:10 4

Makale

taki borulardan dümdüz giderek kaçtığı ve bunun ısıtransferini olumsuz etkilediği gözlemlenmiştir [14].

2. ÇALIŞMANIN AMACIBu bildiride amaç, TOBB Ekonomi ve TeknolojiÜniversitesi Isı Değiştirgeci Laboratuvarında yapı-lan çalışmaları kısaca anlatmaktır. Laboratuvardabelli başlı dört konu üzerinde çalışılmaktadır. Önce-likle, plakalı ısı değiştirgeçleri üzerine deneyleryapılarak, çeşitli akış koşullarında çeşitli tipte plaka-ların ısıl ve hidrolik performansları incelenmektedirve deneysel veriler sonucunda plakalara özel kore-lasyonlar çıkartılmaktadır. Korelasyonlara alternatifolarak yapay sini ağları ile yine plakaların ısıl ve hid-rolik performansları belirlenmekte, gerçek deneyverilerine çok daha yakın sonuçlar elde edilmektedir.Ayrıca Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile plakalıısı değiştiricisi performansları sayısal olarak da testedilmekte, bu da sayısal ortamda, daha sonra deneydüzeneğinde test edilebilecek yeni plakaların tasar-lanmasına imkan sağlamaktadır. Üzerinde çalışılandiğer bir konu ise Tanpera firması ile birlikte plakalıısı değiştirgeçleri için plaka seçimine yarayan ETÜHEX seçim programının geliştirilmesidir. Deneydüzeneğinden alınan yeni verilerle sürekli güncelle-nen bu bilgisayar programı plakalı ısı değiştirgecikullanan sistemler için plaka sayısı ve tipinin seçi-mini yapmakta; fakat hesaplarını yaparken literatür-de bulunan genel korelasyonlar yerine direk plakayaözel elde edilmiş deneysel verileri kullanmaktadır.Aşağıda, her bir alanda ne gibi çalışmalar yapıldığıayrıntısıyla anlatılmaktadır.

3. DENEYSEL ÇALIŞMALARDeneysel çalışmalar TOBB ETÜ laboratuvarındabulunan test düzeneğinde yapılmış olup farklı plakatipleri için deneyler sürdürülebilmektir. Deney düze-neğinin ayrıntıları Akturk vd ile Gulenoglu vd yayın-larında bulunabilir [15,16]. Şimdiye kadar, birçokfarklı tipte plaka ile deneyler yapılmış ve her plaka-ya özel korelasyon çıkartılmıştır. Bu bildiride örnekolarak sadece bir plaka için yapılan çalışmalar yeralmaktadır. Bu çalışmada bahsedilecek olan plakaya“plaka1” ismi verilmiştir. Deneyler, her plaka içinfarklı Reynolds sayısı ve Prandtl sayısı ile değişenkarakteristiklerin belirlenmesi amacı ile geniş birsıcaklık ve debi aralığında yapılmaktadır. Sıcaklık,basınç ve debi ölçümlerinin doğru yapılması vedeneyin sağlıklı bir şekilde yürütülmesi amacı ilesıcak su tankındaki ısıtıcı rezistanslar kapatıldıktansonra pompalar açılarak ve sistem kararlı olanakadar beklenilmektedir. Sistem stabil olduktan sonradeney başlatılır ve sıcaklıklar veri toplayıcı ile hersaniye kaydedilip, basınç farkları ise fark basınçölçerlerden belirli aralıklarla okunmaktadır.

Deneysel çalışma sonucunda elde edilen veriler doğ-rultusunda plaka karakteristikleri belirlenmekteolup, Nusselt sayısı ve sürtünme katsayısı korelas-yonları literatürde bulunan korelasyon çıkarma yön-temleri uygulanarak hesaplanmıştır. Plaka1 isimliplakanın geometrik özellikleri Şekil 1’de gösteril-miştir. Bu değerlerin simgelediği semboller yineŞekil 1’de chevron tipi bir plaka üzerinde gösteril-mekte ve bunlar port çapı, portlar arası dikey uzak-


Şekil 1. Chevron Tipi Plakanın Genel Yapısı ve Karakteristik Ölçüleri (a) Ön Görünüş (b) Plakalar Arası [19].


Makale

lık, portlar arası yatay uzaklık, plaka genişliği, plakakalınlığı, baskı kanal derinliği ve kanallar arasımesafedir. Detaylı olarak Gulben vd [17, 18]’ninçalışmalarında anlatılan, temel ısı transferi denklem-leri ve değiştirilmiş wilson-plot metodu kullanılarakısı transferi ve basınç düşümleri hesaplanan plakanınısıl ve hidrolik karakteristiklerini veren korelasyon-lar denklem 1 ve 2’de verilmiştir.

Deney düzeneğinde test edilerek alınan verilereuygulanan yöntem sonucu çıkarılan korelasyonlarPlaka1 için aşağıdaki şekildedir;

μNu = 0,32774Re0,675Pr1/3(——)0,14 (1)

μw

Nu = Nusselt sayısı, Re = Reynolds sayısı, Pr = Prandtlsayısı, μ = viskozite, μw = duvardaki viskozite [16,20].

f = 1371Re–1,146 + 1,139 (2)

f = sürtünme katsayısı [16, 20].

4. YAPAY SİNİR AĞLARIIsı değiştiricilerinde ısıl özellik tahmini literatürdekiısı transferi formülleri ve korelasyonlar yardımıylayapılmaktadır. Son yıllarda ise gelişmeye devameden bir yöntem olan Yapay Sinir Ağları (YSA) yön-temi de ısıl özellik tahmini hesaplarında kullanılma-ya başlanmıştır. Bu çalışmada Plaka1 için kullanıla-cak olan YSA modeli 2 farklı değeri tahmin etmekiçin oluşturulmuştur. Bunlar, Nusselt sayısı ile sür-tünme katsayısıdır.

Nusselt sayısı için 12 girdi parametresi ve 2 adetçıktı parametresi mevcuttur ve şu şekildedir.Girdiler; sıcak taraf giriş sıcaklığı, sıcak taraf kütledebisi, sıcak taraf Reynolds sayısı, sıcak tarafPrandtl sayısı, sıcak taraf viskozitesi, soğuk tarafgiriş ve çıkış sıcaklıkları, soğuk taraf kütle debisi,soğuk taraf Reynolds sayısı, soğuk taraf Prandtlsayısı, soğuk taraf vizkozitesi ve son olarak da plakasayısı. Çıktılar ise, sıcak taraf Nusselt sayısı vesoğuk taraf Nusselt sayısı.

Sürtünme katsayısı için oluşturulan YSA modelindeise 7 adet girdi, 1 adet çıktı bulunmaktadır. Girdiler;sıcak taraf sıcaklığı, soğuk taraf sıcaklığı, kütle debi-si, Reynolds sayısı, vizkozite, basınç düşümü veplaka sayısıdır. Çıktı ise sürtünme katsayısıdır.

YSA yönteminde model eğitilirken genellikle verile-rin %70-75 gibi bir dilimi kullanılır ve bu değerlertamamen rastgele seçilir [21]. Ağ ne kadar güçlü isesonradan test edilecek verilerin hata oranı çok düşükolacaktır. O yüzden ağı eğitmek için kullanılan veri-lerin olabildiğince çok olması istenir. Ağ yapısınıoluşturduktan sonra geri kalan işleyiş deney verileri-ni 2 gruba bölmek ve ilk kısım deney verileriyle ağıeğitip istenilen hata oranının altında bir değer yaka-landıktan sonra o ağı test etmektir. Birden fazla ağyapısı oluşturulduktan sonra hata oranı en az ve doğ-ruluğu en yüksek model seçilir.

Nusselt sayısı için oluşturulan ağ yapıları incelendi-ği zaman eğitim verileri için en düşük hata değerlerihem eğitim hem de test verileri için 12-6-2 ağ yapı-sındadır. 12 girdili ve 6 çıktılı bir yapı olan bu ağyapısı 6 nöronlu bir orta katmana sahiptir. Şekil 2sıcak taraf Nusselt sayısı tahminlerinin deneyselçalışmalar sonucunda bulunan değerlerle karşılaştır-masını içermektedir. Sıfır noktasından başlayan düzköşegen üstündeki çizgi mükemmel değeri göster-mektedir. Bu çizgi üzerindeki değerler deneyselsonuçlarla tamamen uyuşulduğunu belirtir. Şekil2’de sıcak taraf Nusselt sayısı için YSA yöntemininverdiği tahminlerin deneysel değerlere Korelasyonyöntemi sonucunda elde edilen değerlerden dahayakın olduğu görülmektedir.

YSA yönteminin daha yakın sonuç vermesinin ardın-dan Şekil 2’nin üst kısmında YSA yönteminde kulla-nılan 17 adet eğitim verisi için bağıl hata sütun gra-fiği de oluşturulmuştur. Sütun grafiğindeki her birveri altındaki gerçek değerlerin sıralamasıyla birebirörtüşmektedir. Sütun grafiğindeki bağıl hata YSAyöntemi sonucunda elde edilen değerlerin deneysonuçlarıyla karşılaştırılmasıyla ortaya çıktığı unu-tulmamalıdır. Sıcak taraf Nusselt sayısı tahminindeYSA yönteminin korelasyonlara göre ne kadar başa-



Makale

rılı bir sonuç verdiği bariz bir şekilde görülmektedir.

Şekil 3 ise eğitilen ağın yeni veri grubuyla test edil-mesi sonucu elde edilen tahminlerin gerçek değerle-re ne kadar yakın olduğunu hem sıcak taraf hem desoğuk taraf Nusselt sayıları için gösterilmektedir. 2şekilden de YSA yöntemi sonucu elde edilen tah-minlerin deneysel sonuçlara daha yakın olduğu görü-lebilmektedir. Bu sonuç oluşturulan ağın yeni verigruplarıyla da uyumlu olarak iyi sonuç verdiğinibelirtmektedir..

Yapılan çalışma sonucunda sürtünme katsayısı içinde ortalama bağıl hatalara bakacak olursaki Şekil4’te görüldüğü gibi YSA yöntemi sonucunda eğitimverileri için bu oran %2,92 iken korelasyonda %14civarındadır. Test verileri için de aynı durum geçerliolup YSA için ortalama bağıl hata %6,10 iken kore-lasyon içinse %17,2’dir.

5. HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ ÇALIŞMALARI

Plakalı ısı değiştirgeçlerinde tasarım için uzun vebirçok kez tekrarlanan, deneysel bir süreç vardır.Ayrıca istenilen deney koşullarının hepsini aynı andayaratmak fiziksel sorunlar nedeniyle mümkün olma-yabilmekte ve bu nedenle elde edilen sonuçlar her

zaman güvenilir olamayabilmektedir. Ancak birplaka tasarımında deneysel sonuçlardan yola çıkıla-rak hesaplanan korelasyonlara ihtiyaç duyulmaktadır[15, 16]. Bu nedenle deneysel koşulların uygulana-madığı durumlarda, pompa gücünün veya debininyetersiz olması gibi, Hesaplamalı AkışkanlarDinamiği (HAD) yardımıyla sistemin modellenmesive akışın hesaplanması uygun olabilir. Bu çalışmadakullanılan plaka için, HAD ile elde edilen sonuçlarındeneysel sonuçlarla karşılaştırılması ve uyumlu halegetirilmesi aşamasında çalışılmaktadır. Sonrasındabu çözümler ışığında deneysel olarak ulaşılamayandurumların, HAD sonuçları kullanılarak ısıl ve hid-rodinamik özelliklerinin hesaplanmasına olanak sağ-lanması amaçlanmaktadır.


Şekil 2. Sıcak taraf Nusselt Sayısı, Eğitim Verileri İçinKorelasyon ve YSA Tahminleri.

Şekil 3. Sıcak ve Soğuk Taraf Nusselt Sayısı Test Verileriİçin YSA ve Korelasyon Tahminleri


Makale

HAD analizleri için öncelikle akış hacmi olaraktanımlanacak 3 boyutlu bir geometriye ihtiyaç var-dır. Şekil 5’te görülen 3 boyutlu CAD modeli oluştu-rulmuştur. Bu modelde bir sıcak ve bir soğuk akışhacmi ve akış hacimlerini birbirinden ayıran boyut-suz bir plaka kullanılmıştır, plaka daha sonra sanalolarak kalınlaştırılmış ve böylece plaka için ayrıca 3boyutlu sıcaklık dağılımı analizi yapmaya gerek kal-mamıştır. Plaka boyunca sıcaklık, malzemenin taşı-nım katsayısı girilerek bir boyutlu taşınım denklem-leri ile hesaplatılmıştır [22, 23].

HAD analizleri için hazırlanan CAD modelin çözümağının oluşturulması gerekmektedir, bu nedenle dört-yüzlü elemanlar kullanılarak otomatik bir çözüm ağıoluşturulmuştur. Analizler için giriş sınır koşulu ola-rak kütlesel debi ve sıcaklık, çıkış sınır koşulu olarakbasınç değerleri girilmiştir. Duvarlar ve plaka içinkaymaz duvar şartı sınır koşulu olarak girilmiştir.Ancak plaka, ısı geçişini tanımlamak için arayüz ola-rak tanımlanmıştır.

Analizlerde kullanılan sıcak taraf giriş sıcaklığı 65°C, kütlesel debi 0.02 kg/s ve çıkış basıncı 1 atm,soğuk taraf giriş sıcaklığı 20 °C, kütlesel debi 0.02kg/s ve çıkış basıncı 1 atm olarak tanımlanmıştır.Soğuk taraf için ve sıcak taraf için ayrı ayrı yaklaşık5 milyon eleman, toplamda 10 milyon eleman kulla-nılmıştır. Elde edilen sıcaklık dağılımı, sıcak vesoğuk taraf için, Şekil 6’da verilmiştir.

Şekil 6’da görülen sonuçlarda plakanın kıvrımlıyüzeyinde ısı transferinin arttığı, kenarlarda kalankanal boşluklarında ise ısı transferi miktarının dahaaz olduğu görülmektedir. Böylece kıvrımlı yüzeyle-


Şekil 4. Sürtünme Katsayısı İçin YSA ve KorelasyonYöntemleri Sonucu Elde Edilen Tahminlerin Deneysel

Sonuçlara Karşı Gösterimi.

Şekil 5. HAD Analizleri İçin Hazırlanan 3 Boyutlu IsıDeğiştirgeci Modeli

Şekil 6. HAD Analizleri Sonucunda Elde Edilen (a) SoğukTaraf (b) Sıcak Taraf Sıcaklık Konturları


Makale

rin ısı transferine olumlu bir etkisi olduğu, analizler-den de görülmektedir. Ortalama çıkış sıcaklıklarıdeneysel sonuçlardan elde edilen çıkış sıcaklıklarıy-la uyum içindedir. Ancak ısıl özelliklerin yanı sırahidrodinamik özellik tahmini de yapılmalıdır. Buplaka için hidrodinamik özelliklerin de deneyselsonuçlarla uyum içerisinde olması için çalışılmayadevam edilmektedir.

HAD analizlerinin iyileştirilmesi için çözüm ağındanbağımsızlaştırma ve yeni türbülans modellerinindenenmesi planlanmaktadır. Elde edilen en iyiçözüm yöntemiyle de yeni plaka tasarımlarına geçi-lecektir.

SONUÇLARBu bildiride, bir ısı değiştirgeci plakası kullanılarak,TOBB ETÜ Isı Değiştirgeci Laboratuarı’nda yapılançalışmalara örnekler verilmiştir. TOBB ETÜ labora-tuarlarında plakalı ısı değiştirgeçleri üzerine deney-sel, sayısal, yapay sinir ağları ile ilgili çalışmalar bir-birine paralel olarak yürütülmekte ve bilgisayarlıseçim programı bu çalışmalar doğrultusunda gelişti-rilmektedir. Örnek olarak, bir plaka üzerine yapılandeneyler sonucunda ısıl ve hidrolik performansıbelirleyen korelasyonlar çıkartılmış, aynı zamandayapay sinir ağları ile de korelasyonlara alternatif birısıl ve hidrolik özelik tahmin yöntemi geliştirilmiştir.Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile de yine ısılözellik tahmini yapılmakta ve bu yeni plaka tasarım-larının yapılmasına olanak sağlamaktadır.

Gelecekte, çeşitli plakalar ile deneylerin ve sayısalçalışmaların tekrarlanması, plakalar arası kötü dağı-lım gibi çeşitli durumların etkilerinin deneysel ola-rak incelenmesi, HAD yardımıyla yeni plaka tasa-rımları gibi çalışmaların yapılması planlanmaktadır.

KAYNAKLAR[1] SHAH, R., K., SUBBARAO, E., C., MASHEL-

KAR, R., A., Heat Transfer Equipment Design,Hemisphere, United States of Amerika, 1988.

[2] KAKAÇ, S., LİU, H., PRAMUANJAROENKİJ,A., Heat Exchangers Selection, Rating, andThermal Design, 3. Baskı CRC Press, Florida,2012.

[3] GENCELİ, O., F., Isı Değiştiricileri, Birsen,İstanbul, 1999.

[4] DİAZ, G., C., Simulation and Control of HeatExchangers Using Artificial Neural Networks,Doktora Tezi, University of Notre Dame,Mechanical Engineering, Notre Dame, Indiana,2000.

[5] BOBBİLİ, P. R., SUNDEN, B., DAS, S. K., “Anexperimental investigation of the port flow mal-distribution in small and large plate package heatexchangers”, Applied Thermal Engineering, 26,1919–1926, 2006

[6] MULEY, A., MANGLİK, R. M., “ExperimentalInvestigation of heat transfer enhancement in aPHE with beta=60 chevron plates”, Proceedingsof the Second ISHMT-ASME Heat and MassTransfer Conference and the Thirteenth NationalHeat and Mass Transfer Conference, Aralık1995.

[7] XİE, G.N., WANG, Q.W., ZENG, M., LUO,L.Q., Heat Transfer Analaysis for Shell-and-Tube Heat Exchangers with Experimental Databy Artificial Neural Network Approach, AppliedThermal Engineering 27 1096-1104 2007.

[8] PENG, H., LİNG, X., Neural networks analysisof thermal characteristics on plate-fin heat exc-hangers with limited experimental data, AppliedThermal Engineering, Volume 29, Issues 11-12,2251-2256, 2009.

[9] TÜRK, C., ARADAĞ, S., “Plakalı IsıDeğiştiricilerde Yapay Ssinir Ağları YardımıylaIsıl Özellik Tahmini”, ULIBTK’11 18. Ulusal IsıBilimi ve Tekniği Kongresi, Eylül 2011.

[10] TURK, C., ARADAG, S., ”Artificial NeuralNet Estimations of Gasketed plate heat exchan-ger performance based on experimental analy-sis”, 6th International Conference on ThermalSystems: Theory and Applications, Mayıs-Haziran 2012.

[11] GALEAZZO, F.C.C., MİURA, R.Y., GUT,J.A.W., TADİNİ, C.C., Experimental andnumerical heat transfer in a plate heat exchan-ger, Chemical Engineering Science, 61, 7133 –7138, 2006.

[12] TSAİ, Y.C., LİU, F.B., SHEN, P.T.,Investigations of the pressure drop and flow



Makale

distribution in a chevron-type plate heat exc-hanger, International Communications in Heatand Mass Transfer, 36, 574–578, 2009.

[13] MİURA, R.Y., GALEAZZO, F.C.C., TADİNİ,C.C., GUT, J.A.W., The effect of flow arrange-ment on the pressure drop of plate heat exchan-gers, Chemical Engineering Science, 63, 5386– 5393, 2008.

[14] KANARİS, A. G., MOUZA, A. A., PARAS, S.V., Flow and heat transfer in narrow channelswith corrugated walls a CFD code application,Chemical Engineering Research and Design,83(A5), 460–468, 2005.

[15] AKTURK, F., GULBEN, G., ARADAG, S.,SEZER UZOL, N., KAKAC, S., "ExperimentalInvestigation of the Characteristics of a ChevronType Gasketed-Plate Heat Exchanger", 6thInternational Advanced TechnologiesSymposium (IATS 2011) Mayıs 2011.

[16] GULENOGLU, C., AKTURK, F., GULBEN,G., ARADAG, S., SEZER UZOL, N.,KAKAC, S., "Farklı Sayı ve Boyutta PlakalaraSahip Plakalı Isı Değiştirgeçlerinin Deneyselİncelenmesi ve Bilgisayar Seçim ProgramıOluşturulması", ULIBTK’11 18. Ulusal IsıBilimi ve Tekniği Kongresi, Eylül 2011.

[17] GULBEN, G., ARADAG, S., SEZER UZOL,N., KAKAC, S., "Development of NewCorrelations and a Computer Program forChevron Type Gasketed Plate Heat Exchangersbased on Experimental Analysis", ASME 7thInternational Conference on ComputationalHeat and Mass Transfer, July 2011

[18] GULBEN, G., Contalı Levha Tipi Levhalı IsıDeğiştirgeçlerinin Tasarımı için Muhtelif

Çalışma Şartlarına Uygun Bir BilgisayarProgramı Geliştirilip Deneylerle Doğrulanması,Yüksek Lisans Tezi, TOBB Ekonomi veTekonoloji Üniversitesi, Makine Mühendisliği,Ankara, Eylül 2011.

[19] AKTURK, F. Contalı Levha Tipi Plakalı IsıDeğiştirgeçlerinin Deneysel Performans Analizi,Yüksek Lisans Tezi, TOBB Ekonomi veTekonoloji Üniversitesi, Makine Mühendisliği,Ankara, Eylül 2011.

[20] GULENOGLU, C., AKTURK, F., ARADAG,S., SEZER-UZOL, N., KAKAC, S. ExperimentalComparison of Performances of ThreeDifferent Plates for Gasketed Plate HeatExchangers, accepted to Sixth InternationalConference on Thermal Engineering: Theoryand Applications, May-June 2012

[21] ISLAMOGLU, Y., KURT, A., “Heat transferanalysis using ANNs with experimental datafor air flowing in corrugated channels”International Journal of Heat and MassTransfer 47, 1361-1365 2004.

[22] OZKAYA, E., ARADAG, S., KAKAC, S.,Comparison of CFD Predictions andExperimental Correlation Based ComputerProgram Results for Gasketed Plate HeatExchangers, Sixth International Conference onThermal Engineering: Theory and Applications,İstanbul, Türkiye, Mayıs-Haziran 2012.

[23] AKTURK, F., SEZER-UZOL, N., ARADAG, S.,KAKAC, S., Performance Predictions Of AGasketed Plate Heat Exchanger By UsingComputational Fluid Dynamics, 7th InternationalConference on Computational Heat and MassTransfer, İstanbul, Türkiye, Temmuz 2011.



deneysel Çalışmalar, hesaplamalı akışkanlar dinamiği ve yapay

Documents