FBE- Isı Akışkan Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/51
Makina Mühendisliği Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, sadece yüksek lisans düzeyinde eğitim vermektedir. Isı-Akışkan Programı Termodinamik, Akışkanlar Mekaniği ve Isı Geçişi konularında ileri seviyede araştırma, geliştirme ve öğretim faaliyetleri yapan bir programdır.

Gözat

Yazar "Arbak, Altay" ile FBE- Isı Akışkan Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Havanın soğutulması ve neminin alınması amacıyla kullanılan kanatlı borulu ısı değiştiricilerin kuramsal ve deneysel incelenmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2014-09-09) Arbak, Altay ; Derbentli, Ali Taner ; 503121104 ; Isı Akışkan ; Heat and Fluids
    Kanatlı borulu tip ısı değiştiricileri ortam havasını şartlandırma amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Aynı zamanda iki akışkan arasında ısı geçişini sağlamak amacıyla başka kullanım alanları da mevcuttur. Bu tip ısı değiştiricilerin en önemli kullanım alanlarından biri konutlardaki iklimlendirme sistemleridir. İklimlendirme sistemleri konut tipi elektrik tüketiminde en ön sırada gelmektedirler. Kanatlı borulu tip ısı değiştirici tasarımı birçok parametreye bağlıdır. Soğutucu akışkanın akışı veya boru içindeki akış basit olarak boru çapına bağlıdır. Boru içindeki akış olayı fazlaca incelenmiş ve bu alandaki bilgi yerleşmiştir. Fakat boru demeti ve kanatlar arasından akan hava için olay daha karmaşıktır ve çok fazla parametreye bağlıdır. Bu sebeple hava tarafındaki akışı karakterize etmek için deneysel çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır. Nemli havanın ısıtıldığı ve yüzeyin kuru olduğu durumlar için literatürdeki çalışmalar oldukça fazladır. Kanatlı borulu ısı değiştiricilerin yüzey sıcaklığının nemli havanın çiğ noktası sıcaklığının altında kaldığı durumlarda havanın içindeki nem ısı değiştirici üzerinde yoğuşarak bir sıvı filmi oluşturmaktadır. Bu sıvı filmi ayrı bir ısıl direnç gibi davranmaktadır. Kanatlı borulu ısı değiştiricilerde ısı ve kütle geçişinin bir arada incelendiği çalışmalar nispeten daha azdır. Bu çalışmada öncelikle kanatlı borulu tip ısı değiştiricinin hava tarafındaki ısı ve kütle geçişini incelemek amacıyla deney tesisatı tasarlanmıştır. Daha sonra yapılan deney ve analizler ile kuru ve ıslak şartlar arasındaki farklılıklar incelenmiştir. Deney tesisatı bir iklimlendirme deney düzeneğinin değiştirilmesi ve geliştirilmesi ile elde edilmiştir. Tüm deneylerde 3 sıra sayısına sahip bir kanatlı borulu ısı değiştirici kullanılmıştır. Birinci bölümde kanatlı borulu ısı değiştiriciler hakkında genel bilgi verilmiştir. Konstrüksiyon özelliklerine göre genel bir sınıflandırma yapılmıştır. Çalışmanın amacı ve literatür özeti de bu bölümde yer almaktadır. Bu tezin ana amacı ıslak yüzey şartları altında kanatlı borulu tip ısı değiştiricilerin hava tarafındaki ısı geçişini incelemek ve kuru yüzey şartları ile kıyaslayarak bir model oluşturmaktır. Literatürdeki yöntemler ve bu yöntemlere ilişkin kabuller tablo halinde bu kısımda özetlenmiştir. Çalışmada esas olarak Threlkeld'in değiştirilmiş logaritmik ortalama entalpi farkı yöntemi kullanılmıştır. Bölüm 2 kanatlı borulu tip ısı değiştiricilerin ısı geçişini incelemek için gerekli teorik bilgiyi içermektedir. Elektriksel analojiye dayanan toplam ısıl direnç ve toplam ısı geçiş katsayısı kavramları bu bölümde detaylı olarak açıklanmıştır. Isıl direnç analizi hem kuru hem de ıslak yüzey şartları için yapılmıştır. Kanatlı borulu tip ısı değiştiricilerinde genel olarak sürekli kanatlar kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasın da kullanılan ısı değiştirici de bu tiptir. Sürekli kanatlar için ısı geçişini analitik olarak incelemek neredeyse imkansızdır. Bu sebeple dairesel kanat yaklaşımı ve dairesel kanata ait analitik çözümlemeler bu bölümde verilmiştir. Islak yüzey şartlarında ısıl direnç benzeşimini kullanabilmek için bazı kabuller yapmak gerekir. Sanal entalpi tanımı ısıl direnç analizinde kolaylık sağlamaktadır. Sanal entalpi havanın dışındaki sıcaklıklar için hesaplanan doymuş hava entalpisidir. Bu tanımdan faydalanarak su ve hava arasındaki ısı geçişi entalpi farkı cinsinden ifade edilebilir. Sanal entalpi tanımı doğrusal bir yaklaşım olduğundan sadece küçük sıcaklık farkları için uygulanabilir. Threlkeld sanal entalpinin hesaplandığı noktanın etrafındaki 5 oC sıcaklık farkına kadar yaklaşımın uygun olduğunu öne sürmüştür. Bölüm 3'de deney tesisatı ve ölçme yöntemleri hakkında kısa bilgiler verilmiştir. Ayrıca test edilen ısı değiştiricinin geometrik özellikleri tablo halinde verilmiştir. Deney tesisatının ana elemanı hacimsel debisi değiştirilebilen fan ve hava kanalıdır. Kanal 255 mm genişlik ve 255 mm yüksekliğindedir. Test bölmesi içine yerleştirilen ısı değiştirici ile hava hem ısıtılabilmekte hem de soğutulabilmektedir. Hava hızı termal hız probu kullanılarak ölçülmüştür. Hava sıcaklığı ölçümleri için termistör kullanılmıştır. Havanın test bölmesi giriş ve çıkışındaki ortalama sıcaklığını elde etmek için 16 noktadan ölçüm alınmıştır. Su sıcaklıkları pirinç borular içine yerleştirilen kromel-alümel (k tipi) termo elemanlar kullanılarak ölçülmüştür. Sıcak su kaynağı olarak güç kontrollü bir su banyosu tasarlanmış ve imal edilmiştir. Su banyosunun maksimum debisi 0,05 kg/s ve ısıtma gücü 5 kW dır. Soğuk su kaynağı olarak endüstriyel tip su soğutma grubu kullanılmıştır. Bölüm 4'de logaritmik ortalama sıcaklık farkı tanımı verilmiş ve teorik analizdeki kabullere değinilmiştir. Bu bölümdeki önemli noktalardan biri de boru içindeki akış için yapılan incelemedir. Su tarafındaki ortalama ısı taşınım katsayısını bulabilmek için Wilson grafik yönteminden faydalanılmıştır. Nusselt teorisine uygun bir korelasyon elde edilmiştir. Bölüm 5 logaritmik ortalama entalpi farkı tanımını içermektedir. Islak şartlar için kanat verimi yine bu bölümde incelenmiştir. Ayrıca Bölüm 4 de elde edilen iç akış korelasyonuna Dittus-Boelter'in eşitliğine uygun şekilde bir düzeltme yapılmıştır. Bu tez çalışmasında kanatlı borulu tip ısı değiştiricilerin ıslak şartlar altında hava tarafındaki ısı geçiş karakteristikleri incelenmiştir. Sonuç olarak Reynolds sayısının artmasıyla Colburn faktörü azalmaktadır. Kuru yüzey şartlarına göre ıslak şartlar için hesaplanan j faktörleri % 5-20 daha fazla çıkmaktadır. Islak haldeki j faktörünün kuru haldeki j faktörüne oranı olarak bir Cj katsayısı tanımlanmıştır. Benzer bir oran Elmahdy'nin tez çalışmasında da yer almaktadır. Bu terimin değeri Reynolds sayısının artmasıyla birlikte azalmaktadır. Bunun sebebi düşük Reynolds sayılarında su filminin yüzey pürüzlülüğünün akışı daha türbülanslı hale getirmesidir. Yüksek Reynolds sayılarında sıvı filminin türbülansa katkısı azalmaktadır. Bundan dolayı 1200 Reynolds sayısı için ıslak şart j faktörü %5 mertebesinde daha fazladır.