Düşey dar kanallarda R134a akışkanının yoğuşmasının deneysel incelenmesi

Transkript

1 itüergii/ mühenilik Cilt:8, Sayı:1, 51-6 Şubat 9 Düşey ar kanallara R134a akışkanının yoğuşmaının eneyel incelenmei Kemal BİLEN *, A. Feriun ÖZGÜÇ İTÜ Fen Bilimleri Entitüü, Enerji Programı, 34469, Malak, İtanbul Özet Herhangi bir ııl iteme faz eğişimi olmaı haline, olmamaı haline göre aha fazla ıı geçişinin gerçekleşmei, araştırmacıları bu alana çalışma yapmaya evk etmiştir. Bu huu göz önüne tutularak bu çalışmaa; bir faz eğişimi olan yoğuşma, eneyel olarak incelenmiştir. Deneyel çalışma kapamına kurulan eney teiatına; R134a oğutucu akışkanının, aralarına ilinirik tüpün e bulunuğu 5 farklı üşey mini kanalaki laminer yoğuşmaı incelenmiştir. Deneylere kullanılan tet üniteleri; ilinirik tüp ile 4 aet çok-girişli kanallarır. Pratikte buny boru olarak alanırılan ilinirik kanalın iç çapı 3.3 mm olup, üzeri bakır kaplı çelikten imal eilmiştir. Çokgirişli kanallar ie; farklı hirolik çaplara olmak üzere, 3-girişli, 5-girişli, 6-girişli ve 14-girişli olup alüminyuman imal eilmiş kanallarır. Söz konuu bu çok-girişli kanalların hirolik çapları ıraıyla, 4.74 mm, 3.6 mm, 1.53 mm ve 1. mm ir. Böylece; kanal geometriinin ve hirolik çapının, R134a yoğuşmaına ıı geçişi ve baınç üşümü üzerineki etkii eneyel olarak tepit eilmiştir. Deneyler; farklı oyma ıcaklıkları ve farklı kütleel akılar için tekrarlanmıştır. Böylece; üşey kanallaraki R134a oğutucu akışkanının yoğuşmaı, farklı oyma ıcaklıkları ve farklı kütleel akılar için karşılaştırılabilmiştir. Ayrıca; bütün kanallaraki eneyel onuçlaran hareketle, oğutucu akışkanların yoğuşmaı ile ilgili olarak literatüre yaygın bir şekile yer alan korelayonlara benzer bir korelayon geliştirilmiştir. Yoğuşmaa Nu ayıı için geliştirilen bu boyutuz korelayonun, literatüreki korelayonlar ile olukça uyumlu oluğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: R134a yoğuşmaı, ıı taşınım katayıı, ürtünme faktörü, üşey ilinirik tüp, çokgirişli kanallar. * Yazışmaların yapılacağı yazar: Kemal BİLEN. bilenk@itu.eu.tr; Tel: (1) ahili: 549. Bu makale, birinci yazar tarafınan İTÜ Fen Bilimleri Entitüü, Enerji Programı na tamamlanmış olan "Dar kanallara yoğuşma" alı oktora tezinen hazırlanmıştır. Makale metni tarihine ergiye ulaşmış, tarihine baım kararı alınmıştır. Makale ile ilgili tartışmalar tarihine kaar ergiye gönerilmeliir.

2 K. Bilen, A. F. Özgüç Experimental analyi of R134a conenation in vertical narrow channel Extene abtract In any thermal ytem, the fact that more heat i tranferre in the occurrence of phae change i a motivation for the reearcher to work on. Furthermore, it ha become inevitable to buil maller (more compact) heating an cooling ytem, while the technology i improving more an more. Thi reulte in the neceity of the occurrence of phae change in maller pace. Therefore it i require to know the mechanim of phae change in narrow pace an to improve heat tranfer. Taking thee fact into conieration, thi tuy i performe to invetigate conenation, which i a frequently encountere phae change in thermal ytem, in experimental apect. In the experimental tuy, laminar conenation of coolant R134a i invetigate for five ifferent vertical mini channel incluing the vertical cylinrical tube an the other four multi-port channel. The cylinrical channel with an inner iameter of 3.3 mm i mae of teel coate with copper. The other four multi-port mini channel, which have 3 port, 5 port, 6 port an 14 port, are mae of aluminum. The hyraulic iameter of thee multi-port channel are 4.74 mm, 3.6 mm, 1.53 mm an 1. mm, repectively. In thi way, the effect of channel configuration an hyraulic iameter on heat tranfer an preure rop for R134a conenation are etermine experimentally. In the experimental invetigation, the average value of thermal parameter an preure rop are obtaine along the tet unit. The experiment are repeate for ifferent aturation temperature (therefore ifferent aturation preure) an for ifferent ma fluxe. Conenation ata are taken for refrigerant R134a at 3 C an 4 C aturation temperature for all mini channel. Therefore, it ha been poible to compare the conenation of coolant R134a in cylinrical an multi-port channel for ifferent aturation temperature an ifferent ma fluxe. The experimental etup etablihe for thi tuy conit of the following twelve main item: coolant pump, flowmeter to meaure the flow rate of the coolant R134a, pre-heating ection, heating ection (uperheater), conenation unit, a tranparent Plexigla heat exchanger covering the conena- tion unit, a rotameter to meaure the flow rate of the cooling water, pre-cooling ection, cooling ection, a receiver, a thermotatic reervoir for cooling water upply an a ata acquiition ytem. A hown in Figure 1, refrigerant R134a enter the tet ection at a known vapor quality. It i conene in the tet ection againt the cooling water flowing in the annulu. The two-phae mixture leaving the tet ection enter a pot- conener. The ubcoole liqui i then pae through a receiver which i in a cooler an the coolant pump. The pump move the liqui to the pre-heater an the electric pot-heater (uperheater) which fixe the tet ection inlet vapor quality. The flowmeter i place between the pump an the pre-heater to meaure refrigerant flow rate in liqui phae. The refrigerant flow rate can be inepenently controlle by the pump. The inlet vapor quality i etermine by the heat input to the electric pot heater which can be inepenently controlle. The tet ection aturation temperature i controlle by ajuting the cooling water flow rate. The experimental reult are invetigate in two part, thermal an hyroynamic analyi. In the thermal analyi, graph are obtaine for the variation of average heat tranfer coefficient with repect to average team quality. A a reult, it i hown that the average heat tranfer coefficient increae when the average team quality i increae. Alo, graph are obtaine for the variation of average Nu number with repect to equivalent Re number. Similarly a a reult, it i hown that the average Nu number increae when the equivalent Re number i increae. In the hyroynamic analyi part, graph are obtaine for the variation of the preure lo ue to friction uring conenation with repect to average team quality. Alo, other graph are obtaine for the two-phae friction coefficient uring conenation with repect to equivalent Re number. A a reult, mathematical relation are evelope between f tp an Re eq for all mini channel. It i foun that the two-phae friction coefficient ecreae when the Re eq number i increae imilar to Mooy chart. A a reult, a imple imenionle correlation i evelope for Nu number in refrigerant conenation which i in goo agreement with the correlation in literature. Keywor: R134a conenation, heat convective coefficient, friction factor, vertical cylinrical tube, multi-port channel. 5

3 Düşey ar kanallara R134a yoğuşmaı Giriş Enütriyel itemlere buhar, yoğuşma ıcaklığınan aha üşük ıcaklıktaki bir yüzey ile tema ettiğine buharın bıraktığı gizli ıı öz konuu yüzeye geçer ve buhar ıvı fazına geçerek yoğuşma gerçekleşir. Bu yoğuşma olayı yüzeyin yapıına bağlı olarak iki ayrı türe gerçekleşir. Bunlaran birincii, yoğuşma yüzeyinin tümünün bir ıvı filmi ile kaplanığı ve bu ıvı filminin yerçekimi etkii altına aktığı film tipi yoğuşmaır. Bu yoğuşma türünen farklı olarak, yüzey ılanmayı engelleyecek bir yapıya ahip ie bu uruma ikinci bir yoğuşma türü olan amlacıklı yoğuşma meyana gelecektir. Bu neenle, yoğuşma türüne bağlı olarak yoğuşma haline ıı geçiş mekanizmaının bilinmei pratikteki birçok uygulama açıınan önemliir. Biliniği gibi yoğuşma ile ilgili çalışmalara, Nuelt tarafınan 1916 yılına yapılan teorik bir çalışma temel teşkil etmekteir (Carey, 199). Bu çalışmaa; eş ıcaklıklı üşey bir üzlemel yüzey üzerine abit fizikel özeliklere ahip af bir buharın laminer film yoğuşmaı incelenmiştir. Nuelt tarafınan yapılan bu öncü çalışmaan günümüze kaar yoğuşma ile ilgili birçok teorik ve eneyel çalışma yapılmıştır. Konu ile ilgili literatüre yer alan çalışmaları; yoğuşmanın teoriinin inceleniği temel çalışmalar, ilinirik kanallaraki yoğuşmanın inceleniği çalışmalar, üzlemel yüzeylereki yoğuşmanın inceleniği çalışmalar, üzlemel kanallaraki yoğuşmanın inceleniği çalışmalar, üşey kanatçıklar üzerine oluşan yoğuşmanın inceleniği çalışmalar, geçici rejime yoğuşmanın inceleniği çalışmalar ve çok-girişli kanallara meyana gelen yoğuşmanın inceleniği çalışmalar olmak üzere temele yei kıma ayırmak mümkünür. Rohenow (1956) tarafınan yapılan teorik bir çalışmaa Nuelt in incelemeinen farklı olarak; oluşan ıvı filmine her aşamaa T ıcaklığınaki akışkanın ilavei ikkate alınığına ıvı filmi içeriine lineer olmayan gerçek ve yeni bir ıcaklık ağılımı alınmaı gerektiği ifae eilmiştir. Bu çalışma onucuna; literatüre ' temel bir bağıntı kabul eilen h = h +. 68c T b b p şekline yeni bir buharlaşma gizli ııı bulunmuştur. Rohenow v. (1956) tarafınan yapılan teorik bir çalışmaa, oyma ıcaklığınaki hareketli ve af bir buhar ortamına bulunan eşıcaklıklı üşey üzlemel bir yüzey üzerine meyana gelen laminer ve türbülanlı film yoğuşmaına, ıvı-buhar ara yüzeyine meyana gelen kayma gerilmeinin yoğuşmaya etkii incelenmiştir. Rohenow (197) tarafınan yapılan bir çalışmaa; çeşitli geometrilere ahip ciimler üzerine, taban ıcaklığı abit üşey kap içeriine ve yatay boru emetleri üzerine meyana gelen film tipi yoğuşma teorik olarak incelenmiş ve her bir cime ait enklemler verilmiştir. Bu çalışmaa, yaklaşık 3. mm ve aha küçük çaptaki üşey ilinir içeriine meyana gelen yoğuşmaa eğrilik yarıçapının göz önüne alınmaı gerektiği vurgulanmıştır. Literatüre, ilinirik tüplereki yoğuşmanın inceleniği hem eneyel hem e teorik çalışmalara ıklıkla ratlanmaktaır. Bunlar; buharın yerçekimi ivmei yönüne akmaı urumunaki yoğuşmanın inceleniği, buharın yerçekimi ivmeinin teri yönüne akmaı urumunaki yoğuşmanın (reflux conenation) inceleniği, af buharın yoğuşmaının inceleniği, buharla birlikte yoğuşmayan bir gazın varlığına gerçekleşen yoğuşmanın inceleniği ve yoğuşma yüzeyine bir ıvı akışkanın yerçekimi ivmei yönüne akmaı urumunaki yoğuşmanın inceleniği çalışmalar olarak ınıflanırılabilir. Chou ve Chen (1999) tarafınan yapılan teorik bir çalışmaa; eşıcaklıklı bir akışkan içeriine alırılan üşey bir ilinir içeriine, yerçekimi ivmeinin teri yöne akmakta olan af buharın yoğuşmaı için genel bir analitik moel geliştirilmiştir. Kim ve No () tarafınan yapılan eneyel çalışmaa; 46 mm çapına üşey bir tüp içeriine yükek baınçlı (7.5 MPa) buharın türbülanlı film yoğuşmaı incelenmiştir. 53

4 K. Bilen, A. F. Özgüç Du ve Wang (3) tarafınan yapılan teorik bir çalışmaa; ıvı-buhar ara yüzeyine algaların olmaı haline, eğişik çaplaraki üşey mini kanallaraki film yoğuşmaı incelenmiştir. Literatüre, çok-girişli kanallaraki yoğuşmayı ve yine çok-girişli kanallaraki iki fazlı ayabatik akışı konu alan çalışmalar a yer almaktaır. Buna göre; Yang ve Webb (1996a) tarafınan yapılan eneyel bir çalışmaa; 4- girişli, ikörtgen keitli, içeriine mikro kanatçıklar olan (D h =1.564 mm) ve olmayan (D h =.637 mm) yatay kanallara R-1 oğutucu akışkanının zorlanmış taşınım yoluyla yoğuşmaı incelenmiştir. Yine, Yang ve Webb (1996b) tarafınan yapılan ve aynı eney teiatının kullanılığı bir çalışmaa; R-1 oğutucu akışkanının, yukarıa baheilen kanallaraki iki fazlı akışı ve tek fazlı (ıvı) akışı haline ayabatik şartlar altına baınç üşümü incelenmiştir. Buraa unulan eneyel çalışmaa ie; aralarına ilinirik kanalın a bulunuğu 5 farklı üşey kanalaki R134a akışkanının yoğuşmaı eneyel olarak incelenmiştir. Böylece; üşey kanallaraki R134a oğutucu akışkanının yoğuşmaına, Nu ayıı için literatüre yer alan korelayonlara benzer bir boyutuz korelayon geliştirilmiştir. Çalışma temele; ııl analiz ve hiroinamik analiz olmak üzere iki kıma ayrılabilir. Buna göre çalışmanın ııl analiz kımına; çeşitli giriş şartlarına her bir ünite için ortalama ıı taşınım katayıı olayııyla ortalama Nu i ayıı belirlenmiştir. Soğutucu akışkan buharı, yoğuşma ünitelerine çeşitli oyma ıcaklıklarına ve çeşitli kuruluk erecelerine gönerilmiştir. Böylece; ortalama ıı taşınım katayıının, oyma ıcaklığı ve kuruluk erecei ile eğişimi ele eilmiştir. Çalışmanın hiroinamik analiz kımına ie; yoğuşma ünitei boyunca gerçekleşen baınç eğişimi ve ürtünme faktörünün tepiti amaçlanmıştır. Böylece, farklı yapıaki yoğuşma ünitelerinin baınç üşümü üzerineki etkii belirlenmiştir. Iıl analiz kımına benzer olarak hiroinamik analize; baınç üşümünün oyma baıncı, girişteki kuruluk erecei, ortalama kuruluk erecei ve akışkan kütleel akıına bağlı eğişimi incelenmiştir. Baınç üşümü onuçlarınan hareketle, iki fazlı akışa ait ürtünme katayıı tepit eilmiştir. Ayrıca ürtünme katayıına oyma ıcaklığının etkii araştırılmıştır. Bu amaçla bir eney teiatı kurulmuştur. Söz konuu teiatta ilkönce, alüminyuman imal eilmiş çok-girişli üşey kanallaraki R134a oğutucu akışkanının yoğuşmaını konu alan eneyler yapılmıştır. Bu kanallar ıraıyla, 3- girişli, 5-girişli, 6-girişli, ve 14-girişli kanallarır. Deneylere aha onra, bu kanallarla yaklaşık aynı uzunluğa ahip ve üzeri bakır kaplı çelikten imal eilmiş olan üşey ilinirik yoğuşma üniteine R134a akışkanının yoğuşmaı incelenmiştir. Özet olarak; R134a oğutucu akışkanının yoğuşmaının eneyel olarak inceleniği bu çalışma ile; R134a akışkanının üşey kanallara yoğuşmaı haline tet ünitei boyunca ortalama ıı taşınım katayıının tepiti, tet üniteineki ortalama kuruluk ereceinin ve oyma ıcaklığının ortalama ıı taşınım katayıına etkiinin tepiti, tet üniteineki ortalama Nu i ayıının tepiti, tet ünitei boyunca meyana gelen ortalama baınç üşümünün tepiti, yoğuşma enaınaki ürtünme katayıının tepiti, böylece; biri ilinirik iğerleri çok-girişli 5 farklı yoğuşma üniteinin, hem ııl açıan hem e baınç üşümü açıınan R134a akışkanı yoğuşmaına etkiinin belirlenmei, pratikte kullanılan ııtma ve oğutma itemlerine yer alan yoğuşturucuların boyutlarının küçültülmeinin ütünlüklerinin ve akıncalarının belirlenmei, R134a oğutucu akışkanının yoğuşmaına Nu i ayıı için literatüre yer alan korelayonlara benzer bir korelayonun geliştirilmei heeflenmiştir. Deneyel inceleme Deney teiatı Deneyel çalışma kapamına hazırlanmış olan ve temele on iki ana bölümen oluşan eney teiatı, Şekil 1'e şematik olarak göterilmiştir. 54

5 Düşey ar kanallara R134a yoğuşmaı P T Son ııtıcı (kızırıcı) P T P Gözetleme camı T Tet ünitei P Iı eğiştirici- eğiştiricii Termotatik kap Varyak Dijital güç ölçer T Rotametre Gözetleme camı Ön oğutucu Sıvı kabı Son oğutucu Pompa (Derin onurucu) Vakum-şarj hattı By-pa hattı Filtre-kurutucu Gözetleme camı Debi ölçer Ön ııtıcı Şekil 1. Deney teiatının şematik göterimi Deney teiatını oluşturan on iki ana bölüm; oğutucu akışkan pompaı, oğutucu akışkan ebiini ölçmee kullanılan ebiölçer, ön ııtıcı, on ııtıcı, yoğuşma ünitei, yoğuşma üniteini çevreleyen ve şeffaf bir malzemeen yapılmış olan ıı eğiştirici, oğutma uyu ebiini ölçmee kullanılan rotametre, ön oğutucu, on oğutucu, ıvı toplama kabı, oğutma uyunun temini için kullanılan termotatik kap ve veri toplama itemi şeklineir. 3.3 mm iç çapına ve 4.7 mm ış çapına olup üzeri bakır kaplı çelikten imal eilmiştir. Söz konuu bu ilinirik tet üniteine e iğer üniteler ile aynı şartlar altına ölçümler yapılmıştır. Böylece bu farklı yoğuşma üniteleri, ııl performan ve baınç üşümü açıınan karşılaştırılmıştır. Tet ünitei Deney teiatına yer alan tet üniteine, farklı geometriye ahip 5 kanal tet eilmiştir. Buna göre eneyel çalışmanın birinci aşamaına, alüminyuman imal eilmiş, 3, 5, 6 ve 14-girişli mini kanallaraki faz eğişimi incelenmiştir. Bu çok-girişli mini kanallara ait reimler Şekil e göterilmiştir. Bu kanallara ait iğer geometrik bilgiler ie Şekil 3 te görülmekteir. Deneyel çalışmanın ikinci aşamaına ie çokgirişli yoğuşma üniteleri yerine, yaklaşık olarak bu kanallarla aynı uzunluğa ahip ve klaik oğutma itemlerine yoğuşturucu olarak kullanılan ilinirik bir yoğuşma ünitei kurulmuştur. Pratikte buny boru olarak alanırılan bu boru; Şekil. Çok-girişli yoğuşma üniteleri Faz eğişiminin zorlanmış taşınım yoluyla gerçekleştiği tet üniteine yer alan kanal, 55

6 K. Bilen, A. F. Özgüç şeffaf bir malzemeen imal eilmiş olan bir ıı eğiştiricii ile oğutulmaktaır. Söz konuu ıı eğiştirici; u oğutmalı ve paralel ve zıt yönlü bir ıı eğiştiriciiir. Bu ıı eğiştiricileri çokgirişli kanallar için ikörtgen şekline, ilinirik tet ünitei için ie aireelir. Silinirik ünite için ortalama ıı taşınım katayıı ie, çok-girişli kanallaran farklı olarak aşağıaki bağıntı ile heaplanmıştır. h i, 1 T T = Ai Uπ D L T lm ( D / D ) ln π k L b i 1 hπ D L 1 (5) h D i h Nu i = (6) k Şekil 3. Yoğuşma ünitelerine ait geometrik bilgiler (boyutlar mm cininenir) Deneyel verilerin kullanımı Iıl analiz Deneyel verilerin ııl analizine; akışkanın tet üniteine girişteki kuruluk erecei, tet üniteinen çekilen ıı miktarı, tet ünitei içine kuruluk ereceine meyana gelen eğişim, oğutucu akışkan tarafınaki ortalama ıı taşınım katayıı ve oğutucu akışkan tarafınaki ortalama Nu i ayıı ıraıyla aşağıaki bağıntılar yarımıyla tepit eilmiştir. Deneylere, akışkanın tet üniteine iki fazlı girip tet üniteinen yine iki fazlı olarak çıkmaı temin eilmiştir. x 1 Q& c m& ( T T ) g = p g hb p, ( T T ),ç,g (1) Q & = m& c () 1 Q& x = c p ( Tg T ) (3) hb m& 1 T 1 T t h i = (4) Ai U A Tl m kal A h A 1 Hiroinamik analiz Düşey konumlanırılan tet ünitelerine yoğuşma enaına meyana gelen toplam baınç eğişimi ıraıyla; girişteki baınç üşümü, ürtünmeleren kaynaklanan baınç üşümü, yerçekimi neeniyle meyana gelen baınç yükelmei, yoğuşmaan kaynaklanan baınç yükelmei ve çıkıştaki baınç yükelmei terimlerinin toplamı şekline aşağıaki gibi ifae eilebilir: P = P + P + P + P + P (7) T g G Yerçekiminen kaynaklanan baınç yükelmei kaynaklara (Ma v., 4) aşağıaki gibi verilir. [ αρ + ( α ) ρ ] g L P = 1 (8) G b Yoğuşmaan kaynaklanan baınç yükelmei ie yine aynı kaynakta (Ma v., 4) şu şekile verilmekteir: P y ( 1 x) ( α ) x = G + (9) α ρb 1 ρ Ayrıca, girişteki baınç üşümü ve çıkıştaki baınç yükelmeini ifae een terimler ie; giriş ve çıkıştaki geçiş elemanlarının eneylere yalıtılmış olmaı neeniyle, kaynaklara (Collier, 1981) iki fazlı ayabatik akış için (ve ayrılmış akış moeli için) verilen bağıntılaran yararlanılarak heaplanmıştır. Bu uruma, iki fazlı akışa ait ürtünme katayıı aşağıaki bağıntı ile heaplanmıştır. y ç 56

7 Düşey ar kanallara R134a yoğuşmaı f tp 3 P Dh = (1) Re µ / ρ 4L eş Belirizlik analizi Deneylere hataya neen olan bağımız eğişkenler; on ııtıcı gücü olan Q &, on ııtıcıya giriş ve on ııtıcıan çıkış (oyma) ıcaklıkları olan T g ve T, oğutucu akışkan kütleel ebii olan m&, uyun tet üniteine giriş ve tet üniteinen çıkış ıcaklıkları olan T,g ve T,ç, oğutma uyu kütleel ebii olan m& ve ürtünme kaynaklı baınç üşümü olan P (fark baınçölçer ile aynı belirizliğe ahip oluğu kabulü ile) şekline eçilmiştir. Bu uruma; yoğuşma enaınaki ortalama ıı taşınım katayıı h i, iç taraftaki ortalama Nu i ayıı ve yoğuşma enaınaki ürtünme katayıı f tp için oluşabilecek belirizlikler ıraıyla şu şekile ifae eilebilir: w =± hi 1 A i U A A i A w 1 t U k al A h A 1 U w + h h 1 (11) D h w = ± w i h i (1) Nu k 1 Dh ρ P w f = ± w + P w tp m& (13) LGeş m& Yukarıaki bağıntılaran yararlanılarak bütün eneyler için bağımlı eğişkenlere ilişkin belirizlik eğerleri heaplanmıştır. Ele eilen bu belirizlik eğerlerinin eğişim aralığı her bir tet ünitei için Tablo 1 e göterilmiştir. Girişteki kuruluk erecei, toplam ıı geçiş katayıı ve u tarafınaki ortalama ıı taşınım katayıına ilişkin belirizlikler e benzer şekile heaplanmıştır. Deneyel onuçlar Deneyel çalışmanın ııl analiz kımınan ele eilen ve ortalama ıı taşınım katayıı-ortalama kuruluk erecei eğişimini göteren grafik Şekil 4 te göterilmiştir. Ortalama Nu ayıının Re eş ayıı ile eğişimini göteren grafikler ie Şekil 5 ve Şekil 6 a göterilmiştir. Baınç üşümüne ilişkin eneyel onuçlaran hareketle ele eilen; ürtünme kaynaklı baınç üşümünün ortalama kuruluk erecei ile eğişimi Şekil 7 e göterilmiştir. İki fazlı akışa ait ürtünme katayıının Re eş ayıı ile eğişimini göteren grafikler ie Şekil 8 ve Şekil 9 a göterilmiştir. Nu ayıı için korelayon oluşturma Soğutucu akışkanların yoğuşmaı ile ilgili olarak literatüre yer alan önemli korelayonlar araına; Cavallini ve Zecchin (Kakaç, 1991) ve Shah (1979) tarafınan geliştirilen korelayonlar göterilebilir. Bu çalışmaa ele eilen onuçlar; yukarıa baheilen korelayonlar ile karşılaştırılmış ve onuçların, bu korelayonlar ile uyumlu oluğu görülmüştür. Tablo 1. Heaplanan parametreler için belirizlik analizi onuçları 3-G Kanal 5-G Kanal 6-G Kanal 14-G Kanal Silinirik Kanal ± (%) 1.1 ~.7 1. ~ ~ ~ ~.3 w x g ± w U (%) 3.5 ~ ~ ~ ~ ~ 8.4 ± w h (%) 4.55 ~ ~ ~ ~ ~ 9.9 ± w hi (%) 6.13 ~ ~ ~ ~ ~.9 ± w Nui (%) 6.13 ~ ~ ~ ~ ~.9 ± w ftp (%) 13.6 ~ ~ ~ ~ ~

8 K. Bilen, A. F. Özgüç 5 (m 1 [g/] ; T 3 [ C] ; P [bar]) 3 (m 1.5 [g/] ; T 3 [ C] ; P [bar]) 4 5 h i [W /m K] 3 P [kpa] x ort [-] x ort [-] Silinirik (G= kg/m) 5-Girişli (G=15.54 kg/m) 14-Girişli (G=69.6 kg/m) 3-Girişli (G=13.3 kg/m) 6-Girişli (G=61.37 kg/m) Silinirik (G= kg/m) 5-Girişli (G=3.7 kg/m) 14-Girişli (G=13.56 kg/m) 3-Girişli (G=19.58 kg/m) 6-Girişli (G=91.5 kg/m) Şekil 4. Tüm kanallar için h i -x ort eğişimi Şekil 7. Tüm kanallar için P -x ort eğişimi 5 (6-Girişli Kanal). (3-Girişli Kanal) Nu=hi Dh / k [-] Nu=hi D h / k [-] Re eş = G eş D h / µ [-] kg/m 3 C 6.76 kg/m 4 C 91.5 kg/m 3 C 91.7 kg/m 4 C Şekil 5. 6-G kanal için Nu i -Re eş eğişimi (Silinirik Kanal) Re eş = G eş D h / µ [-] kg/m 3 C kg/m 4 C kg/m 3 C kg/m 4 C kg/m 3 C kg/m 4 C Şekil 6. Silinirik kanal için Nu i -Re eş eğişimi ftp [-] ftp [-] Re eş [-] 13.3 kg/m 3 C 13.6 kg/m 4 C kg/m 3 C 19.5 kg/m 4 C 6.4 kg/m 3 C 6.7 kg/m 4 C Şekil 8. 3-G kanal için f tp -Re eş eğişimi (5-Girişli Kanal) Re eş [-] kg/m 3 C kg/m 4 C 3.7 kg/m 3 C 3.46 kg/m 4 C 31.4 kg/m 3 C 3.97 kg/m 4 C Şekil 9. 5-G kanal için f tp -Re eş eğişimi 58

9 Düşey ar kanallara R134a yoğuşmaı Buna göre; Cavallini ve Zecchin (Kakaç, 1991) tarafınan geliştirilen korelayonun yerel eğerleri temil een formu Denklem 14 te göterilmiştir. h Dh Nu = =. 5 Reeş Pr (14) k Buraa; Re eş GeşD = µ h ve G eş = G ( 1 x) ρ + x ρb 1 / (15) şeklineir. Shah (1979) tarafınan geliştirilen korelayonun yerel eğerleri temil een formu ie Denklem 16 a göterilmiştir. ( x) x 1 Nu = NuS ( 1 x) (16) pr Buraa; Nu S = GD h. 3ReS Pr ve ReS = (17) µ şeklineir. Denklem 16 aki p r ie, inirgenmiş baıncı götermekteir. Bu çalışmaa ele eilen korelayon ie Denklem 18 e göterilmiştir. h D = (18) i h Nu i =. 111Reeş Pr k Bu çalışmaa tet eilen tüm kanallaran ele eilen eneyel verilerin, Cavallini ve Zecchin (Kakaç, 1991) tarafınan geliştirilen korelayon ile karşılaştırılmaı onucu Şekil 1 a göterilen ağılım ele eilmiştir. Şekil 1 a; bu korelayonun hem yerel eğerleri ifae een formu ile hem e yoğuşmanın gerçekleştiği kuruluk erecei aralığına bu korelayonun integralinin alınmaıyla ele eilen integral formu ile karşılaştırma yapılmıştır. Bu çalışmaaki bütün eneyel onuçlaran hareketle Nu ayıı için ele eilen korelayonun literatüreki korelayonlar ile karşılaştırmaı ie Şekil 11 e göterilmiştir. Nui=hi Dh / k [-] Nui=hi Dh / k [-] (Cavallini ve Zecchin) [İntegral ve aritmetik ortalama (yerel) için] +3% -3% Nu i = h i D h / k [-] (Deneyel Veriler) Nui, Cavallini ve Zecchin, integral Nui, Cavallini ve Zecchin, yerel Şekil 1. Deneyel verilerin Cavallini ve Zecchin korelayonu ile karşılaştırılmaı Nu Sayıı için Korelayonların Karşılaştırılmaı Nu i, bu çalışma =.111 Re eş.773 Pr 1/ Re eş = G eş D h / µ [-] Cavallini ve Zecchin Shah Bu çalışma Şekil 11. Korelayonların karşılaştırılmaı Sonuçlar ve eğerlenirme Çeşitli geometrilere ahip üşey kanallar içeriine gerçekleşen R134a yoğuşmaının eneyel inceleniği bu çalışmaa ele eilen onuçlaran hareketle şu eğerlenirmelere rahatlıkla varılabilmekteir: 59

10 K. Bilen, A. F. Özgüç Şekil 4, ilinirik ünite hariç tutularak inceleniği zaman; aynı kütleel ebi için en büyük ıı taşınım katayıının, hirolik çapı en üşük olan 14-girişli kanala ele eiliği görülmekteir. Bu urum, ıı geçişi açıınan kompaktlığın önemini bir kez aha götermekteir. Yine Şekil 4 inceleniği zaman, ortalama kuruluk ereceinin azalmaı ile ortalama ıı taşınım katayıının belirgin bir şekile azalığı görülmekteir. Nui Reeş eğişimini göteren grafikler inceleniğine bütün kanallar için geçerli olmak üzere; Re eş ayıı artarken ortalama Nu ayıının a arttığı görülür. Yine, Nui Reeş eğişimini göteren grafikler inceleniğine yine bütün kanallar için geçerli olmak üzere; aynı kütleel akı için, yoğuşma ıcaklığı artarken ortalama Nu ayıının a arttığı görülebilir. Şekil 7 inceleniği zaman, kanal içeriineki ortalama kuruluk ereceinin azalmaı ile baınç üşümünün az a ola arttığı görülmekteir. Şekil 8 ve Şekil 9 inceleniği zaman oğal olarak, Re eş ayıının azalmaı ile f tp nin, Mooy iyagramınakine benzer olarak arttığı görülmekteir. Yine Şekil 8 ve Şekil 9 inceleniği zaman, oyma ıcaklığının artmaı ile ürtünme katayıının arttığı görülmekteir. Korelayonların karşılaştırılığı Şekil 11 inceleniğine, bu çalışmaaki bütün kanallara ait eneyel onuçlaran ele eilen korelayonun, Cavallini ve Zecchin ile Shah tarafınan geliştirilen korelayonlar ile olukça uyumlu oluğu görülmekteir. Ortalamanın çok üzerine yer alan birkaç eğer hariç tutularak Tablo 1 inceleniğine; ortalama belirizlik eğerlerinin, yaklaşık olarak ± % 1-1 araına oluğu görülür. Kaynaklar Carey, V. P., (199). Liqui-Vapor Phae Change Phenomena, Hemiphere Publihing Corporation, Wahington, D.C. Chou, G.-H. ve Chen, J.-C., (1999). A General Moeling for Heat Tranfer During Reflux Conenation Inie Vertical Tube Surroune by Iothermal Flui, International Journal of Heat an Ma Tranfer, 4, Collier, J. G., (1981). Convective Boiling an Conenation, Secon Eition, McGraw-Hill Inc. Great Britain. Du, X.-Z. ve Wang, B.-X., (3). Stuy on Tranport Phenomena for Flow Film Conenation in Vertical Mini-Tube with Interfacial Wave, International Journal of Heat an Ma Tranfer, 46, Kakaç, S., (1991). Boiler, Evaporator, an Conener, John Wiley & Son Inc., Unite State of America. Kim, S. J. ve No, H. C., (). Turbulent Film Conenation of High Preure Steam in a Vertical Tube, International Journal of Heat an Ma Tranfer, 43, Ma, X., Brigg, A. ve Roe, J. W., (4). Heat Tranfer an Preure Drop Characteritic for Conenation of R113 in a Vertical Micro- Finne Tube with Wire Inert, Int. Comm. Heat Ma Tranfer, 31, 5, Rohenow, W. M., (1956). Heat Tranfer an Temperature Ditribution in Laminar-Film Conenation, Tranaction of the ASME, November, Rohenow, W. M., Webber, J. H. ve Ling, A. T., (1956). Effect of Vapor Velocity on Laminar an Turbulent-Film Conenation, Tranaction of the ASME, November, Rohenow, W. M., (197). Film Conenation, Applie Mechanic Review, 3, Shah, M. M., (1979). A General Correlation for Heat Tranfer During Film Conenation Inie Pipe, Int. J. of Heat Ma Tranfer,, Yang, C-Y. ve Webb, R. L., (1996a). Conenation of R-1 in Small Hyraulic Diameter Extrue Aluminum Tube with an without Micro-Fin, International Journal of Heat an Ma Tranfer, 39, 4, Yang, C-Y. ve Webb, R. L., (1996b). Friction Preure Drop of R-1 in Small Hyraulic Diameter Extrue Aluminum Tube with an without Micro-Fin, International Journal of Heat an Ma Tranfer, 39, 4,