Düşey Borularda Yoğuşmanın Modellenmesi Ve Analizi

Abstract

Yoğuşma konusu HVAC ve otomotiv başta olmak üzere birçok sektörde geçerliliği olan ve sıkça araştırılan önemli bir konudur. Boru içi yoğuşma olayına özellikle ısıtma-soğutma sistemlerinde rastlamak mümkündür. Sistem tasarımında yoğuşma esnasında gerçekleşen ısı taşınım katsayısının ve basınç düşümünün mümkün olduğunca doğru hesaplanması sistem maliyeti ve verimliliği açısından önemlidir. Bu tez kapsamında da düşey borularda iki fazlı akış durumundaki yoğuşma konusu incelenmiştir. Yoğuşma gerek ısıl gerekse hidrodinamik açıdan karmaşık bir yapıya sahiptir. Özellikle de sıvı-buhar arayüzeyinin tam olarak modellenememesi bu konudaki teorik çalışmaları kısıtlamaktadır. Düşey boruda yaygın olarak görülen akış türü özellikle halkasal akış olduğundan bu çalışma da halkasal akış esas alınmıştır. Yapılan çalışmada ilki bir boyutlu olup, bilinen buhar kalitesi değerinde sadece sıvı tarafı incelenerek yoğuşma esnasında oluşan sıvı filmi kalınlığını, ısı taşınım katsayısını ve basınç düşümünü hesaplayan, ikincisi ise daha kapsamlı ve iki boyutlu olup hem sıvı hem de buhar tarafı için korunum denklemlerini içemektedir. Ayrıca arayüzey için denklemlerde çıkarılmıştır. Bu çalışma kapsamında geniş bir literatür araştırılması yapılıp her iki modelden elde edilen sonuçlar literatürde yer alan deney verileri ile mukayese edilmiştir. Bu sayede oluşturulan modellerin geçerliliği incelenmiştir. Bu incelemenin yanında bazı önemli korelasyonların geçerliliğide araştırılmıştır.

Condensation is an important and widely occured phenomena especially for HVAC system and automotive industry. In tube condensation is seen in heating and cooling systems. Accurate calculation of heat transfer and pressure drop for those systems are very important for the energy efficiency and system cost. In the scope of this thesis condensation inside vertical tube is analysed. Condensation is a complex phenomena for heat transfer and pressure drop. Especially, difficulties in interface modelling between vapor and liquid phases restricted the theoretical studies. In vertical tube condensation most widely occured flow pattern is annular flow. For that reason in that study, annular filmwise condensation is analysed. Two different condensation model is given in that study. First one is an one dimensional condensation model which analyses only liquid side to find the film thickness, heat transfer coefficient and pressure drop under known vapor quality values. Second one is two dimensional condensation model and more complicated than the other. This model includes the governing equations for both liquid and vapor phases. Adding to that required equations are given for liquid-vapor interface. A wide literature survey is done for that study and obtained experimental data are compared for each condensation model. Finally, important correlations are included and the comparison with experimentel results are given.