Traditionally Shell-and-tube heat exchangers are designed using correlation basedapproaches like Kern method and Bell-Delaware method. With the advances inComputational Fluid Dynamics (CFD) software, it is now possible to design smallheat exchangers using CFD. In this thesis, shell-and-tube heat exchangers aremodeled and numerically analyzed using a commercial finite volume package. Themodeled heat exchangers are relatively small, have single shell and tube passes.The leakage effects are not taken into account in the design process. Therefore,there is no leakage from baffle orifices and no gap between baffles and the shell.This study is focused on shell side flow phenomena. First, only shell side ismodeled and shell side heat transfer and flow characteristics are analyzed with aseries of CFD simulations. Various turbulence models are tried for the first andsecond order discretization schemes using different mesh densities. CFDpredictions of the shell side pressure drop and the heat transfer coefficient areobtained and compared with correlation based method results. After selecting thebest modeling approach, the sensitivity of the results to the flow rate, the bafflespacing and baffle cut height are investigated. Then, a simple double pipe heatexchanger is modeled. For the double pipe heat exchanger, both the shell(annulus) side and the tube side are modeled. Last, analyses are performed for afull shell-and-tube heat exchanger model. For that last model, a small laminareducational heat exchanger setup is used. The results are compared with theavailable experimental results obtained from the setup. Overall, it is observed thatthe flow and temperature fields obtained from CFD simulations can providevaluable information about the parts of the heat exchanger design that needimprovement. The correlation based approaches may indicate the existence of aweakness in design, but CFD simulations can also pin point the source and thelocation of the weakness.Keywords: Computational Fluid Dynamics (CFD), shell-and-tube heat exchanger.

Gövde-boru tipi ısı değiştirici tasarımı geleneksel olarak Kern yöntemi ve Bell-Delaware yöntemi gibi bağıntı temelli yaklaşımlar ile gerçekleştirilmektedir.Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yazılımlarında gerçekleşen gelişmelerlebirlikte, küçük ısı değiştiriciler HAD kullanılarak tasarlanabilmektedir. Bu tezde,sonlu hacim tekniği kullanan, ticari bir HAD yazılımı kullanarak gövde-boru tipi ısıdeğiştirici modellenmiş ve sayısal analizi yapılmıştır. Modellenen ısı değiştiricilergöreceli olarak küçüktür ve tek gövde ve boru geçişi vardır. Tasarım sırasındasızıntı etkileri göz önünde bulundurulmamıştır. Plaka deliklerinde ve plaka-gövdearasında gerçekleşen sızıntı ihmal edilmiştir. Bu çalışma gövde tarafı akış olgusuüzerine yoğunlaşmıştır. Öncelikle, sadece gövde tarafı modellenmiş ve gövde tarafıısı taşınım katsayısı ve akış özellikleri sistemli HAD analizleri ile incelenmiştir. Çeşitlitürbülans modelleri, iki farklı eleman yoğunluğu kullanılarak birinci ve ikincidereceden çözüm için denenmiştir. Gövde kısmı basınç düşümü ve ısı taşınımkatsayısı için HAD sonuçları bağıntı temelli yöntem sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Enuygun modelleme kriterleri seçildikten sonra, akış debisi, plaka aralığı ve plakayüksekliğinin sonuçlar üzerindeki etkisi incelenmiştir. Daha sonra plakasız, çiftborulu, basit bir ısı değiştirici modellenmiştir. Çift borulu ısı değiştirici için hemgövde hem de boru kısmı modellenmiştir. Son olarak, komple bir gövde-boru tipi ısıdeğiştirici için analiz yapılmıştır. Küçük, laminer, eğitim amaçlı düzenek modelolarak kullanılmıştır. Sonuç olarak, HAD analizlerinden elde edilen akış ve sıcaklıkbilgileri ısı değiştirici tasarımında geliştirme isteyen noktaların belirlenmesidoğrultusunda değerli bilgiler verebilmektedir. Bağıntı temelli yaklaşımlar tasarımdavar olan zayıf noktaları belirtmekte, fakat HAD simülasyonları tasarımda var olanzayıf noktaların yerlerini de belirtmektedir.Anahtar Sözcükler: Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD), gövde-boru tipi ısıdeğiştiriciler.