Thermal Modeling and Performance Analysis for a Chevron Type Heat Exchanger by Using Artificial Neural Network with Limited Experimental Data

Authors : Mehmet Hakan DEMİR

Pages : 779-789

Doi:10.31590/ejosat.671960

View : 14 | Download : 12

Publication Date : 2020-04-15

Article Type : Research Paper

Abstract :Farklı sıcaklıklardaki iki veya daha fazla akışkan arasındaki ısı değişimi problemi, mühendislik uygulamalarının en önemli ve en çok karşılaşılan problemlerden birisidir. Bu problemi verimli bir şekilde çözmek için farklı sıcaklıklardaki iki sıvı arasında enerji aktarma işlemi ısı eşanjörleri ile gerçekleştirilir. Isı eşanjörleri, sistemde bulunan enerji sadece pompalanmak ve boşa harcamak yerine sürecin başka bir kısmına aktarabildiği için enerji verimliliğini arttırırlar. Isı eşanjörlerinin bir çeşidi olan plakalı bir ısı eşanjörleri, ısıyı iki sıvı arasında aktarmak için bir dizi ince plaka kullanmaktadırlar. Isı değiştiricinin termal modellemesi, sistem parametrelerine bağlı olarak sıvıların çıkış sıcaklığının belirlenmesinden dolayı oldukça önemlidir. Bu yazıda, çalışma sıvısı olarak su kullanılan bir Chevron tipi plakalı ısı eşanjörünün termal performansını simüle etmek için yapay bir sinir ağı (YSA) modeli kullanılmıştır. YSA algoritmaları, ısı eşanjörlerinin modellenmesi, ısı eşanjörü parametrelerinin tahmini, ısı eşanjörlerindeki faz değişim özelliklerinin tahmini ve ısı eşanjörlerinin kontrolü gibi ısı eşanjörlerinin termal analiz çalışmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Sıcak ve soğuk suyun eşanjörden çıkış sıcaklıkları sınırlı deneysel veriler kullanılarak soğuk su kütle akış hızına, giriş sıcak su sıcaklığına ve giriş soğuk su sıcaklığına bağlı olarak tahmin edilmiştir. Daha sonra geliştirilen algoritmanın doğruluğunu ve güvenilirliğini test etmek için deney sonuçları ve tahmini sonuçlar karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre deneysel ve tahmini sonuçların iyi bir uyuşmaya sahip olduğunu göstermektedir. Geliştirilen ağ yapısı, sıcak ve soğuk su için çıkış sıcaklıklarını sırasıyla % 2.58 ve % 1.80 ile tahmin etmektedir. Ek olarak, deneyi gerçekleştirilmemiş giriş parametreleri uygulanarak geliştirilen ağın tahmin performansı incelenmiştir. Tahmin doğruluğu ise aynı girişler kullanılarak termal analiz ile teorik olarak hesaplanan çıkış sıcaklıkları ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre yeni girişler için çıkışın belirlenmesinde teorik sonuçlar ile tahmin sonuçlarının birbirleriyle uyumlu olduğu görülmektedir ve bu sonuca bağlı olarak geliştirilen ağın güvenilirliği farklı girişler içinde kanıtlanmış olmaktadır. Daha sonra, deneysel olarak elde edilmemiş ısı aktarım hızı, toplam ısı aktarım katsayısı ve enerji verimliliğindeki değişiklikler, sıcak ve soğuk suyun giriş sıcaklıklarına ve soğuk suyun kütle akış hızına bağlı olarak belirlenmiştir.
Keywords : Yapay sinir ağları, Chevron tipi, Plakalı ısı değiştiriciler, tahmin, termal modelleme