GÖVDE BORULU ISI DEĞİŞTİRİCİ İÇİN ISI TARANSFER KATSAYISININ TEORİK VE DENEYSEL İNCELENMESİ

Transkript

1 Ahmet KABUL, Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKU 38 SDU International ehnoloi Siene Vol. 3, No, February 011 pp Mehanial ehnoloy GÖVDE BORULU ISI DEĞİŞİRİCİ İÇİN ISI ARANSFER KASAYISININ EORİK VE DENEYSEL İNCELENMESİ Ahmet KABUL, Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKU Özet Bu çalışmanın amaı, oğutuu akışkan olarak R404A nın kullanıldığı kompreörlü oğutma iteminde övde borulu ıı değiştiriinin akış halinde kaynama enaındaki toplam ıı tranfer katayıının değişiminin item parametrelerine öre inelenmeidir. Bu amaç doğrultuunda deneyel bir item kurulmuş ve evaporatör baını ve ıaklığının, oğutuu akışkan debiinin ve oğutma uyu debiinin toplam ıı tranfer katayıı üzerindeki etkii inelenmiştir. Deney çalışmaı, evaporatör baının bar ve oğutuu akışkan kütle akıının k/m olduğu aralıklarda yapılmıştır. Kullanılan övde - borulu ıı değiştirii 60 m boyunda ve bir eçişte iç çapı 8 mm ve dış çapı 10 mm olan 9 adet bakır borudan oluşmaktadır. Yapılan deneylerden elde edilen onuçlar kullanılarak kaynama enaındaki toplam ıı tranfer katayıı heaplanmıştır. Deney onuçları heaplandıktan onra literatürde önerilmiş üç farklı bağıntı kullanılarak kaynama enaındaki ıı tranfer katayıı tekrar elde edilmiştir. Elde edilen değer ile deney onuçları karşılaştırılmıştır. Anahtar kelimeler: övde borulu ıı değiştiriii, kaynama, ıı tranfer katayıı HEOREICAL AND EXPERIMENAL INVESIGAION OF HEA RANSFER COEFFICIEN FOR SHELL AND UBE HEA EXCHANGER Abtrat Sope of thi tudy i to invetiate the heat tranfer oeffiient in term of different ytem parameter in a hell and tube heat exhaner equipped in a refrieration ytem uin R404a. For thi aim, an experimental ytem wa built up. he effet of evaporator preure and temperature, refrierant ma flow rate and oolin water ma flow rate on heat tranfer oeffiient were invetiated. Experiment were made for evaporator preure of bar and refrierant ma flux rate of k/m. he hell and tube heat exhaner i 60 m in lenth and onit of 9 tube whih are 8 mm in inner diameter and 10 mm in outer diameter. Overall heat tranfer oeffiient durin boilin wa alulated uin the reult of the experiment. After alulatin the experimental reult, overall heat tranfer oeffiient durin boilin wa realulated uin three different equation propoed by ome reearher. he alulated reult were ompared with experimental reult. Key word: hell and tube heat exhane boilin, heat tranfer oeffiient Süleyman Demirel Üniveritei, eknik Eğitim Fakültei, Makine Eğitimi Bölümü, 360 Iparta/ ÜRKİYE, E-pota:akabul@tef.du.edu.tr SDU International Journal of ehnoloi Siene

2 Gövde Borulu Iı Değiştirii İçin Iı aranfer Katayıının eorik ve Deneyel İnelenmei Giriş Mühendilik uyulamalarının en önemli ve en çok karşılaşılan işlemlerinden birii, farklı ıaklıklardaki iki veya daha fazla akışkan araındaki ıı değişimidir. Iının bir akışkandan başka akışkana tranferi, uyulama üreçlerinde çoğu kez amaçlanan önemli bir olaydır. Kazanla kondenerle evaporatörle u ııtııları, otomobil radyatörleri, hava ııtma ve oğutma kabinleri ibi uyulamala bir ıak ve bir oğuk akışkan araında ıı alış verişinin olduğu üreçlere örnek olarak verilebilir. Bu ıı alış verişini ağlamak için ıı değiştiriileri kullanılır. Çok ayıda ıı değiştiriii tipleri olmaına rağmen, bunlardan övde borulu ıı değiştiriii, işletme ıaklığının ve baınının eniş aralıkta olmaı nedeniyle diğerlerine nazaran daha fazla uyulama alanına ahiptir (Geneli, 005). Bu çalışmada, yeni neil oğutuu akışkan olan R404A ile çalışan evaporatör olarak övde borulu ıı değiştiriinin kullanıldığı deneyel bir oğutma itemi kurulmuş ve çeşitli şartlarda deneyler yapılmıştır. Soğutma itemlerinde kullanılan eki neil oğutuu akışkanların ozon tabakaını tahrip ettiği ortaya çıktıktan onra, ululararaı protokoller ile bu azların üretimi ve kullanımı bir prorama bağlanarak yaaklanmıştır. Ozona zarar veren oğutuu akışkanların kullanım ve üretiminin azaltılmaı ile ilili çalışmala 1997 yılında 43 ülkenin katılımı ile imzalanan Montreal Protokolü ile başlamıştır. Bu yaaklamalar onuunda üretii firmalar ozonu tahrip eden CFC ve HCFC li oğutuu akışkanlar yerine ozonu tahrip etmeyen HFC li oğutuu akışkanları üretmeye başlamışlardır. R404A oğutuu akışkanı, R15 (%44), R134a (%4) ve R143a (%5) oğutuu akışkanlarından oluşan karışımdır. R404A oğutuu akışkanının ozonu tahrip etme potaniyeli (ODP) ıfırdır. Yapıında R134a bulundurduğu için yükek küreel ıınma potaniyeline (GWP) ahiptir. R404A oğutuu akışkanı R50 ve R oğutuu akışkanlarının kullanıldığı uyulamalarda bunların yerine alternatif oğutuu akışkan olarak kullanılabilmektedir. (Polat, 001, Beşe 1998). Li ve Kottke 1998 yılında yaptıkları çalışmada, övde borulu ıı değiştiriinin dış yüzeyinde lokal ıı tranfer katayıını kütle tranferi ölçümlerinden belirlemişlerdir. Kütle tranferi deneylerini, aborpiyon, kimyaal ve birleşik renk reakiyonlarını kullanarak erçekleştirmişlerdir. kütle tranfer katayıını heapladıktan onra ıı ve kütle tranferi araında analojiyi kullanarak ıı tranfer katayıını elde etmişlerdir. (Li ve Kottke, 1998). Vol. 3, No, February 011

3 Ahmet KABUL, Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKU 40 Benzer şekilde 1999 yılında yaptıkları çalışmalarında, kütle tranferi tekniğini kullanarak farklı şaşırtma levhaı tiplerini dikkate alarak övde borulu ıı değiştiriide lokal ıı tranfer katayıını belirlemişlerdir. Gövde tarafı akış dağılımını şaşırtma levhalarındaki baınç düşümünün ölçülmeiyle belirlemişlerdir. Bunun yanında çalışmalarında her boru ve övde bölümü için ortalama ıı tranfer katayılarını vermişlerdir (Li ve Kottke, 1999). Greo ve Vanoli tarafından yapılan iki farklı çalışmada, yatay düz boru içeriinde HFC tipi karışım oğutuu akışkanların akış enaında kaynama durumu için ıı tranfer olayını deneyel ve teorik metotlarla inelemişlerdir. Deneylerini düzün olarak ııtılan 6mm çapında ve 6m uzunluğunda yatay palanmaz çelik boruda yapmışlardır. İkini çalışmalarında ie deneyel olarak yaptıkları aynı item için literatürde iyi bilinen teorik bağıntıları kullanarak, tahmin edilen onuçlarla deneyel onuçları karşılaştırmışlardır (Greo ve Vanoli, 005a; Greo ve Vanoli, 005b). orrella vd. tarafından 005 yılında yapılan bir çalışmada, buhar ıkıştırmalı oğutma iteminde övde borulu yatay evaporatör içinde R407C oğutuu akışkanı için kaynama enaında ıı tranfer katayıının değişimini deneyel olarak inelemişlerdir. Bu çalışmalarında evaporatörün toplam ııl direninin analizi, evaporatördeki baınç düşüşünün etkii dikkate alınarak deneyel onuçlardan elde edilen veriler etkinlik NU yöntemi heabı kullanılarak yorumlandıktan onra, kaynama enaındaki ıı tranfer katayıını tepit etmişlerdir. Sonuç olarak, analiz yapılan aralıkta kaynamada ıı tranfer katayıının değişiminin evaporatör ıaklığına ve oğutuu akışkan debiine bağlı olduğunu özlemlemişlerdir (orrella vd., 006).. MAERYAL VE MEO R404A oğutuu akışkanının kullanıldığı deney itemi, temel olarak hermetik tip bir kompreö övde borulu bir evaporatö hava oğutmalı bir kondener ve termotatik enleşme valfinden oluşmaktadır (Şekil 1). Kompreör 3 HP üündedir ve R404A oğutuu akışkanı için uyun polyeter (POE) yağ kullanılmıştır. SDU International Journal of ehnoloi Siene

4 Gövde Borulu Iı Değiştirii İçin Iı aranfer Katayıının eorik ve Deneyel İnelenmei 41 Soğutma uyu depou Kumanda panou Evaporatör Elektrikli ııtıılar Baınç Otomatiği Gözetleme amı Debimetre Kondener Su için debimetre Filtre Veri toplama ünitei Yağ ayırıı Likit depou Kompreör Şekil 1. Deney iteminin enel örünümü Evaporatör olarak kullanılan övde borulu ıı değiştiriii ter akışlı tipte ve bir övde ile iki eçişe ahip olup ıı tranfer alanı m dir. Alternatif oğutuu akışkanların ıı tranfer katayıının düşük olmaı nedeniyle ıı tranfer yüzeyini artırmak için oğutuu akışkanın eçtiği borular içeriinde bükülmüş şerit elemanı kullanılmıştır (Lallemand vd., 001). Her eçişte 9 adet bakır boru bulunmaktadır ve boruların iç ve dış çapları ıraıyla 8 ve 10 mm dir. Boruların uzunluğu 60 m, bakır boru demetini çevreleyen dairenin çapı 98 mm ve övde çapı 113 mm dir. Evaporatörde borular içeriinden oğutuu akışkan, övde tarafından oğutma uyu eçmektedir. Deneylerin aynı şartlarda yapılabilmei için, oğutma uyu, ıaklığı elektrikli ııtıılar yardımıyla aynı değerde tutulan bir depodan ağlanmaktadır. Kullanılan ölçüm ihazlarının özellikler ablo 1 de ve ölçüm yerleri Şekil de öterilmiştir. ablo1. Ölçüm ihazlarının teknik özellikleri Ölçüm ihazı Ölçüm aralığı Haaiyet ermokupul (K tipi) -180 C/1350 C ±1.5 C Baınç Senörü 0/3000 kpa ±% 0.5 Debimetre (Su) 0.05/.5 k/ ±%3 Debimetre (Soğutuu akışkan) 0.005/0.05 k/ ±%1.6 Vol. 3, No, February 011

5 Ahmet KABUL, Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKU P 6 5 P 4 P 1 P Şekil. Deney iteminin şematik öterilimi. 3.1 Iı Değiştirii Dizayn Denklemleri Iı değiştirii dizaynı yapılırken, ıı tranfer katayıının doğru olarak tepiti iki akışkan araında ne kadar ıı tranfer edileeğinin belirlenmei açıından oldukça önemlidir. Bir ıı değiştirii dizaynı yapılırken enel olarak iki yöntem kullanılmaktadır. Bunlardan ilki, ortalama loaritmik ıaklık farkı yöntemi (Loarithmi Mean emperature Differene, LMD), ikinii ie etkenlik eçiş birimi ayıı yöntemi (Number of ranfer Unit, NU) dir (Geneli, 005). Kompreörlü teorik oğutma iteminde evaporatör olarak kullanılan övde - borulu ıı değiştirii için enel ıı denei, adee içindeki akışkanlar araında ıı alış verişi olduğu, yani ortama bir ıı kaybının olmadığı kabulüyle aşağıdaki şekilde yazılabilir (Rohenow ve Hartnett, 1973). Soğutuu akışkan tarafında buharlaşma öz konuu olduğu için tranfer edilen ıı entalpi farkları kullanılarak belirlenir. Q& = m& p Δ = m&, rδh (1) Bu denklemde m övde tarafından eçen uyun kütleel debii (k/), m r boru içeriinden eçen oğutuu akışkanın kütleel debii (k/), p, abit baınçta uyun özül ıı (kj/k C) ve Δh oğutuu akışkanın evaporatöre iriş çıkış noktalarındaki entalpileri (kj/k C) SDU International Journal of ehnoloi Siene

6 Gövde Borulu Iı Değiştirii İçin Iı aranfer Katayıının eorik ve Deneyel İnelenmei 43 ötermektedir. İlk olarak, ıı değiştiriinin performanı aşağıdaki denklemde verildiği ibi ortalama loaritmik ıaklık farkı kullanılarak heaplanır. Q & = U. A. Δm. F () Burada, U değeri ıı değiştiriinin ıı tranfer katayıını (kw/m C), A iki akışkanı ayıran ıı eçiş yüzeyi (m ), Δ m bütün ıı değiştiriide etkili olan ıaklık farkı (ortalama loaritmik ıaklık farkı yöntemi, C) ve F ie ıı değiştirii için düzeltme katayıını ötermektedir. er akımlı bir övde iki boru eçiş hali için ortalama loaritmik ıaklık farkı aşağıdaki şekilde yazılabilir. Δ m = ( ) ( ), ln,,, (3) Burada ve r alt indileri ıraıyla uyu ve oğutuu akışkanı, ve alt indileri ie ıraıyla evaporatöre iriş ve çıkışını temil etmektedir. Literatürde F düzeltme katayıı, ( R, P,akiş düzeni) F = f (4) R ıı değiştiriinin kapaite oranını, P etkenliğinin ve akış düzeninin bir fonkiyonu olarak tanımlanır. R = P =,,, (5) Düzeltme faktörü bir övde iki boru eçiş ıı değiştirii için, Vol. 3, No, February 011

7 Ahmet KABUL, Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKU 44 1 P ln R + 1 ( ) 1 PR F R, P = (6) R 1 P R + 1 R + 1 ln P( R + 1+ R + 1) şeklinde heaplanır ve aynı zamanda bu ifade literatürde bulunan rafiklerden de okunabilir. Bu işlemlerin ardın denklem () den UA (kw/ C) ifadei çekilerek ıı değiştiriiye ait toplam ıı tranfer katayıı tepit edilir. U. A = Q& Δm. F (7) İkini olarak, ıı değiştiriinin performanı, etkenlik eçiş birimi ayıı yöntemi dikkate alınarak ta heaplanabilir. Iı değiştiriinin etkenliği, erçek ıı tranferinin hiçbir ınırlama etirilmeden teorik olarak elde edilebileek makimum ıı tranferine oranı olarak aşağıdaki şekilde ifade edilir. Q& ε = (8) & Q max Heabı yapılan evaporatörde baınç düşümünü dikkate almadan erçekleşen akışta, oğuyan uyun minimum ıı kapaiteine ahip olduğu kabul edilir C min = m&, çünkü oğutuu akışkan dikkate alındığında faz değişimi olduğu için ıı kapaitei onuz olarak kabul edilir C max = m&. ranfer edilen makimum ıı oranı, r p,r p, ( ) & (9) Q max = Cmin, şeklinde heaplanır ve kabulle evaporatörün etkinliği aşağıdaki şekilde ifade edilir. ε = 1 e NU (10) Denklem (10) dan eçiş birimi ayıı NU çekilire eçiş birimi ayıı, SDU International Journal of ehnoloi Siene

8 Gövde Borulu Iı Değiştirii İçin Iı aranfer Katayıının eorik ve Deneyel İnelenmei 45 ( ε ) NU = ln 1 (11) ibi elde edilir (orrella vd. 006). Bununla birlikte oğutuu akışkanın ıaklığındaki kayma ve baınç düşümünden dolayı, evaporatörün irişinde ve çıkışında farklı ıaklıklara ahip olmaı durumunda ıı değiştiriinin konfiürayonunun dikkate alınmaı erekir. Bu yüzden övde - borulu ıı değiştiriinin etkenliği Inropera ve DeWitt tarafından, 0.5 NU ( 1+ CR ) e Cmin ε = 1 + CR + ( 1+ CR ) 0. 5, C R = (1) NU ( 1+ C R 1 e ) Cmax şeklinde verilmiştir. Bu ifadeden NU çekilire, NU = 0.5 E 1 ( ) ( 1+ CR ) 1+ CR ln, E = E 1 + ( 1+ C ) 0. 5 ε (13) R şeklinde tanımlanır (Inropera ve DeWitt, 1990 ). Bu yolla NU elde edildikten onra alanla birlikte toplam ıı tranfer katayıı aşağıdaki şekilde ifade edilir. UA NU = (14) C min Gerçekte evaporatörün iriş ve çıkış şartlarında ya ıaklık kaymaı ya da baınç düşümü onuu ıaklık farklılıkları ortaya çıkmaına rağmen, faz değişimi enaında evaporatör ıaklığının değişmediği farz edilir ve oğutuu akışkanın özül ııı onuz çıkar. Bu problemi ortadan kaldırabilmek için R404A oğutuu akışkanın özül ııı aşağıdaki ifade ile heaplanır. p, r h = (15) h. Iı ranfer Katayıı için eorik Bağıntılar Vol. 3, No, February 011

9 Ahmet KABUL, Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKU 46 Iı değiştirii dizaynı için yaklaşımlarla ıı değiştiriinin her iki tarafındaki akışkan için ortalama ıı taşınım katayıı tahmin edilir ve bu değerler kullanılarak toplam ıı tranfer katayıı heaplanır. Ortalama ıı taşınım katayıı, literatürde farklı durumlar ve akışkanlar için verilen deneyel veriler kullanılarak elde edilen teorik bağıntılardan elde edilebilir. Yeni neil alternatif oğutuu akışkanlarda ıı tranferini ve akışkan performanını öneden tahmin etmede birçok ıkıntı bulunmaktadır. Çünkü bu konuyla ilili yapılan deneyel çalışmaların az olmaından dolayı eçerli mevut bağıntılar deney verileriyle deteklenememektedir. Evaporatör ve kondanerde ıı tranfer katayıının bilinmei oğutma iteminde yer alan ıı değiştiriiler için ereklidir. Iı değiştiriide bulunan oğutuu akışkan, karmaşık mekanizmaya ahip zorlanmış taşınımla faz değişimine maruz kalmaktadır (hem evaporatörde hem de kondenerde). Buün literatürde deneyel verilere dayalı akış durumunda kaynama olayının erçekleştiği enada ıı tranfer olayını karakterize eden bazı bağıntılar önerilmiştir. Literatürde, kaynama olayının erçekleştiği iki fazlı akış durumu için Chen (Chen, 1966), Gunor ve Winterton (Gunor ve Winterton, 1986), Kandlikar (Kandlika 1990), Liu ve Winterton (Liu ve Winterton, 1991) ibi hala eniş kullanım alanları bulan bağıntılar mevuttur. Kendi deney düzeneğimizden elde edilen deneyel onuçları karşılaştırmak için üç farklı bağıntı dikkate alınmıştır. Kandlikar tarafından önerilen ve Hieh vd. tarafından kullanılan bağıntı ilk olarak dikkate alınmıştır (Hieh vd., 007) [ 1.5Co Fr 0. Bo ] α = α, 95 (16) r r + Burada α ıvı halde kaynama öz konuu değilken ıı tranfer katayıını ifade etmektedir ve aşağıdaki şekilde ifade edilebilir (Chen, 001). k / 3 μ ort α = 0.09 Re Pr (17) Dh μdu var Yukarıdaki denklemde Co, F Bo, Re ve Pr ıraıyla konvekiyon, Froude, kaynama, Reynold ve Prandtl ayılarını ifade etmektedir. Bu ifadeler aşağıdaki şekilde tepit edilir. SDU International Journal of ehnoloi Siene

10 Gövde Borulu Iı Değiştirii İçin Iı aranfer Katayıının eorik ve Deneyel İnelenmei 47 ρ Co = ρ 0.5 b 1 ( x) x 0.8 (18) G Fr = (19) ρ D h q Bo = (0) Gh r, b GD Re = i (1) μ Pr b p, rb b = () k μ b Burada G kütleel akı olarak tanımlanır ve hızla yoğunluğun çarpımından bulunur. Soğutuu akışkan tarafında yani boru içeriinden akış hızı aşağıdaki şekilde bulunur. V r mr = (3) di ρrnb 4 İkini olarak Gunor ve Winterton un önerdiği ve Boiieux vd. tarafından kullanılan bağıntı dikkate alınmıştır (Gunör ve Winterton, 1987 ve Boiieux vd., 000) x r r r Bo Fr x 0.86 ρ, α = α, (4) 1 r b ρ, Üçünü olarak Smith, vd.(199) in önerdiği ve Banal ve Purkayatha (1998) tarafından kullanılan bağıntı dikkate alınmıştır. Banal ve Purkayatha (1998) bağıntılarında kullandıkları ıvı haldeki yani kaynamanın olmadığı ıı taşınım katayıını Dittu ve Boelter tipi denklemle aşağıdaki şekilde belirlemişlerdir [ ( Bo 10 ) ] α r = α 4 α = 0.03Re Pr (5) dh k Vol. 3, No, February 011

11 Ahmet KABUL, Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKU 48 Gövde tarafındaki heaplamada ie faz değişimi olmadığı için klaik formüller kullanılabilir. Gövde tarafındaki hız, V m = (6) π 4 ( d n b d d ) ρ şeklinde heaplanır. Hız bulunduktan onra oğutuu akışkan tarafında verilen formülle Reynold ve Prandtl ayıı heaplanarak buradan Nuelt ayıı bir övdeli iki eçişli övde - borulu ıı değiştirii için aşağıdaki bağıntıyla heaplanır Nu = 0.03Re Pr (7) Nuelt ayıı heaplandıktan onra bu ayıya ait diğer bir tanımlamadan yararlanarak övde tarafındaki ıı taşınım katayıı aşağıdaki şekilde elde edilir. Nuk = α (8) dh Gövde ve boru tarafındaki ıı taşınım katayıları yukarıdaki verilen bağıntılar ile heaplanır. Iı değiştiriinin belli bir çalışma periyodundan onra ıı tranfer yüzeyleri üzerine akışkanlar içinde bulunabilen parçaıkla metal tuzları veya çeşitli kimyaal elemanlar birikebilir. Bazen de korozif etkiler nedeniyle, bu yüzeyler üzerinde bir okidayon tabakaı oluşabilir. Iı değiştirii yüzeyinde ıının eçişine direnç oluşturan bu değerler R f kirlilik faktörü olarak tanımlanır. Bu çalışmada kirlilik faktörü oğutuu akışkan azı için 4x10-4 m C/W şeklinde eçilmiştir (Geneli, 005). oplam ıı tranfer katayıı UA, iletim direni ihmal edilerek, deneyel onuçlarla karşılaştırabilmek için aşağıdaki şekilde tekrar elde edilir (Kurem, 1997; Aprea vd., 000) = + R f + (9) UA α A α A r SDU International Journal of ehnoloi Siene

12 Gövde Borulu Iı Değiştirii İçin Iı aranfer Katayıının eorik ve Deneyel İnelenmei SONUÇLAR Bütün deneylerde, kızınlık değerinin belirtilen ınırları aşmadan hatta ıfır değerinde tutularak, adee faz değişimi enaında ortaya çıkan toplam ıı tranfer katayıının belirlenmei amaçlanmıştır. Bu amaçla, evaporatör baınının arttırılmaıyla evaporatör içeriinden eçen oğutuu akışkanın debii arttığı için övde tarafından eçen uyun debii de arttırılmıştır. Soğutma uyu debiinin fazla olmaı kızınlığı arttırırken, düşük kalmaı ie oğutuu akışkanın bir kımının buharlaşmadan çıkmaına ebep olmaktadır. Evaporatör baınının artmaıyla toplam ıı tranfer katayıı artış öterirken, evaporatör baını abit tutularak yapılan deneylerde oğutma uyu ıaklığı artarken toplam ıı tranfer katayıı düşmektedir (şekil 3 ve 4). oplam ıı tranfer katayıının düşmei, oğutma uyu debiinin oğutma uyu ıaklığı arttıkça düşürülmeine bağlıdır. Soğutma uyu debiinin düşürülmei ie evaporatör çıkışında kızınlık böleine eçmemek içindir. Ayrıa şekil 3 ve 4 de toplam ıı tranfer katayıının ve oğutma uyu hızının değişimi oğutma uyu ıaklığının ve evaporatör baınının fonkiyonu olarak verilmiştir. oplam ıı tranfer katayıı (kw/ C) Soğutma uyu ıaklığı ( C) Evaporatör baını (bar) Şekil 3. oplam ıı tranfer katayıının, evaporatör baını ve oğutma uyu ıaklığının fonkiyonu olarak öterilimi Vol. 3, No, February 011

13 Ahmet KABUL, Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKU 50 Soğutma uyu hızı (m/) Soğutma uyu ıaklığı ( C) Evaporatör baını (bar) Şekil 4. Gövde tarafından eçen oğutma uyu hızının, evaporatör baını ve oğutma uyu ıaklığının fonkiyonu olarak öterilimi Deneyel UA (kw/ C) Kandlikar Günör Smith Mevut bağıntılarla heaplanan UA (kw/ C) Şekil 5. Deneyel onuçlarla elde edilen buharlaşma enaındaki toplam ıı tranfer katayıının literatürdeki modellerle (bağıntılarla) karşılaştırılmaı SDU International Journal of ehnoloi Siene

14 Gövde Borulu Iı Değiştirii İçin Iı aranfer Katayıının eorik ve Deneyel İnelenmei 51 Deneyel olarak elde edilen buharlaşma enaındaki toplam ıı tranfer katayıının Kandlika Günör ve Smith tarafından önerilen modeller ile karışlaştırılmaı şekil 5 de verilmiştir. Bu rafik, aynı şartlar altında deneyel onuçlar ile teorik bağıntılar araında fark olduğunu ötermektedir. Grafikte 45 deree açıyla çizilen çizi deneyel onuçların tam karşılığını ifade ederken, diğer noktalar ie deneyel onuçlardan apmaları ifade etmektedir. Çizinin altında kalan noktalar tahminlerin altında elde edilen değerleri, ütünde kalanlar ie tahminlerin üzerinde değerler elde edildiğini ifade etmektedir. Düşük evaporatör baınçlarında apma %40 lar ivarındayken baınç yükeltildikçe apma daha az değerlerdedir. Bu çalışmanın onunda, övde - borulu ıı değiştirii için ampirik bir bağıntı eliştirilmiştir. Bu bağıntı deneyel verilerden yola çıkılarak elde edilmiştir. Bu bağıntıda toplam ıı tranfer katayıı evaporatör baını, oğutma uyu iriş - çıkış ıaklığı, oğutma uyu debii, alternatif oğutuu akışkan R404A nın debii ve oğutma uyunun övde tarafındaki hızının değişimleri dikkate alınarak eliştirilmiştir. Deneyel verile DataFit paket proramında değerlendirilerek rereyon analizi yapılmıştır. Rereyon değeri deneyel çalışma onuunda bulunan değerlerle analiz onuu bulunan ampirik bağıntıdan bulunan onuçların birbirine uyunluğunu ifade eder. Rereyon onuu çıkabileek en iyi değer 1 dir. Anak deneyel hatala yapılan bazı kabuller veya ihmaller netieinde bu değerin 1 den daha küçük bir değer çıkmaı beklenir. Bu analiz onuunda toplam ıı tranfer katayıı için elde edilen ifade aşağıdaki şekildedir. UA = a * Pev + b * u, + * u, + d * mr + e * m + f * V + (30) Burada P ev evaporatör baınını (bar), u, oğutma uyunun iriş ıaklığını ( C), u, oğutma uyunun çıkış ıaklığını ( C), m r oğutuu akışkan debiini (k/), m oğutma uyu debiini (k/) ve V övde tarafından eçen oğutma uyunun hızını (m/) ifade etmektedir. Denklem 30 da elde edilen bağıntının katayıları çizele 5.1 de verilmiştir. Çizele 5.1. Ampirik bağıntının katayıları a b * *10-3 d e Vol. 3, No, February 011

15 Ahmet KABUL, Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKU 5 f DataFit paket proramı kullanılarak türetilen ampirik bağıntıyla ıraı ile farklı evaporatör baınçlarındaki değerler yerine yazılarak toplam ıı tranfer katayıı tekrar elde edilmiştir. 4. KAYNAKLAR Aprea, C., De Roi, F., Greo, A., 000. Experimental evaluation of R and R407C evaporative heat tranfer oeffiient in a vapour ompreion plant. International Journal of Refrieration, 3, Banal, P. K., Purkayatha, B., An NU- model for alternative refrierant. International Journal of Refrieration, 1, Beşe E., Soğutuu maddelerle ilili Dünyada ve ürkiye de elişmeler. Mühendi ve Makine, 39 (458), Boiieux, X., Heikal, M.R., John, R.A., 000. wo-phae heat tranfer oeffiient of three HFC refrierant inide a horizontal mooth tube, part I: evaporation. International Journal of Refrieration, 3, Chen, J.C., A orrelation for boilin heat tranfer to aturated fluid in onvetive flow. Ind. En. Chem. Pro. De. Dev., 5, Chen, C.H., 001. Experimental of flow boilin and evaporation heat tranfer of R-410A and bubble harateriti in horizontal annular dut. MS. thei, National Chaio un univerity, Hinhu, aiwan. Geneli, F. O., 005. Iı değiştiriileri. Biren Yayınevi, 44. İtanbul Greo, A., Vanoli, G. P., 005a. Flow boilin heat tranfer with HFC mixture in a mooth horizontal tube. Part I: Experimental invetiation. Experimental hermal and Fluid Siene, 9 (), Greo, A., Vanoli, G. P., 005b. Flow boilin heat tranfer with HFC mixture in a mooth horizontal tube. Part II: Aement of preditive method. Experimental hermal and Fluid Siene, 9 (), Greo, A., Vanoli, G. P., 005. Flow-boilin of R, R134a, R507, R404A and R410A inide a mooth horizontal tube. International Journal of Refrieration, 8 (6), Guno K.E., Winterton, R.H.S., A eneral orrelation for flow boilin in tube and annuli. Int. J. Heat Ma ranfe 9, Hieh, Y.Y., Lie, Y.M., Lin,.F., 007. Saturated flow boilin heat tranfer of refrierant R- 410A in a horizontal annular finned dut. International Journal of Heat and Ma ranfe 50, Inropera, P.F., DeWitt, D.P., Fundamental of Heat and Ma ranfer. John Wiley & Son, 919p. New York. SDU International Journal of ehnoloi Siene

16 Gövde Borulu Iı Değiştirii İçin Iı aranfer Katayıının eorik ve Deneyel İnelenmei 53 Inropera, P.F., DeWitt, D.P., 004. Iı ve Kütle Geçişinin emelleri. Literatür Yayınılık, 960. İtanbul. Kandlika S.G., A eneral orrelation for aturated two-phae flow boilin heat tranfer inide horizontal and vertial tube. ASME J. Heat ranfer 11, Kurem, E., Hava Soğutuu Kanatlı Borulu Evaporatörün eorik ve Deneyel Olarak İnelenmei. Uludağ Üniveritei Fen Bilimleri Entitüü, Doktora ezi, 11, Bura. Li, H., Kottke, V., Viualization and determination of loal heat tranfer oeffiient in hell-and-tube heat exhaner for taered tube arranement by ma tranfer meaurement. Experimental hermal and Fluid Siene, 17, Li, H., Kottke, V., Analyi of loal hell ide heat and ma tranfer in the hell aand tube heat exhaner with di nad douhnut baffle. International Journal of Heat and Ma ranfe 4, Liu, Z., Winterton, R.H.S., A eneral orrelation for aturated and ubooled flow boilin in tube and annuli, baed on a nuleate pool boilin equation, Int. J. Heat Ma ranfer 34, Polat, F., 001. Bazı parametrelerin ve alternatif oğutuu akışkanların oğutma iteminin performanına ve item elemanlarının kapaitelerine etkilerinin analizi. Gazi Üniveritei, Fen Bilimleri Entitüü, Yükek lian tezi, 17, Ankara. Rohenow, W.M., Hartnett, J.P., Handbook of Heat ranfer. MGraw-Hill Book Company, 150p. New York. Smith, M.K., Wattelet, J. P., ve Newell,.A., 199. A Study of evaporation heat tranfer oeffiient orrelation at low heat and ma fluxe for pure refrierant and refrierant mixture. Air Conditionin and Refrieration Centre, Univeritiy of Illinoi at Urbana, Champain, USA, ACRC R - 3. orrella, E., Navarro-Ebri, J., Cabello, R., 006. Boilin heat tranfer oeffiient variation for R407C inide horizontal tube of a refrieratin vapour-ompreion plant helland-tube evaporator. Applied Enery, 83 (3), Vol. 3, No, February 011

17 Ahmet KABUL, Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKU 54 SEMBOLLER C p D d d F ε G h k UA Δ m m& n b NU P R R f q Q V x ρ μ α Co Bo Fr Re Pr Nu Alt İndiler Iı kapaitei Özül ıı Çap Yarı çap Boru demetini çevreleyen dairenin yarıçapı Düzeltme katayıı Iı Değiştiriinin etkenliği Soğutuu akışkan kütle debii Yerçekimi ivmei Özül entalpi Iı iletim katayıı oplam ıı tranfer katayıı Ortalama loaritmik ıaklık farkı Akışkan debii Boru ayıı Geçiş birimi ayıı Iı değiştiriinin etkenliği Iı değiştiriinin kapaite oranı Iı değiştirii kirlilik faktörü Iı akıı Iı Sıaklık Hız Kuruluk dereei Yoğunluk Dinamik vikozite Iı taşınım katayıı Konvekiyon ayıı Kaynama ayıı Froude ayıı Reynold ayıı Prandtl ayıı Nuelt ayıı b h i d r Buhar Çıkış Giriş Hidrolik Su İç Dış Soğutuu akışkan SDU International Journal of ehnoloi Siene