BUHARLAŞTIRMALI SOĞUTUCULARDA SERPANTİN İLE HAVA GİRİŞ AÇIKLIĞI ARASINDAKİ BÖLGEDE ISI VE KÜTLE TRANSFERİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Transkript

1

2

3 BUHARLAŞTIRMALI SOĞUTUCULARDA SERPANTİN İLE HAVA GİRİŞ AÇIKLIĞI ARASINDAKİ BÖLGEDE ISI VE KÜTLE TRANSFERİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Arf Emre ÖZGÜR *, Hlm Cenk BAYRAKÇI**, Memet KUNDUZ*** * Makne Eğtm Bölümü, Teknk Eğtm Fakülte Süleyman Demrel Ünverte,32260, Iparta. **İklmlendrme-Soğutma Prog., Senrkent MYO, Süleyman Demrel Ünverte, 32600, Senrkent, Iparta. ***Makne Müendlğ Bölümü, Mü.- Mm. Fakülte, Süleyman Demrel Ünverte, 32260, Iparta. ozgurae@tef.du.edu.tr, cenk@du.edu.tr, mkunduz@mmf.du.edu.tr ÖZET Bu çalışmada, zorlanmış ava akışlı, buarlaştırmalı oğutucuların erpantn boruları le ava grş açıklığı araında kalan bölgedek ıı ve kütle tranfer olayları ncelenmştr. Bu bölgedek u akışının adece damlalar şeklnde oluştuğu ve flm akışının olmadığı kabul edlmştr. Bu çalışmada kullanılan deneyel tem karşıt akışlı br temdr. İncelenen bölgede gerçekleşen ıı ve kütle tranfer matematkel olarak modellenmştr. Su ava ara yüzey ıcaklığı Taylor Ser yardımıyla elde edlmştr. Bu çalışmanın amacı, ncelenen bölgedek acmel ıı ve kütle tranfer katayılarının elde edlmedr. Bu amaç çn br deney düzeneğ kurulmuş, deneyler farklı u deb, ava ızı ve çalışma bölge yükeklklernde yapılmıştır. Deneyel onuçlar br blgayar programında analz edlmştr. Blgayar programından alınan onuçlar grafkler ve amprk fadeler le verlmştr. Ayrıca buarlaştırmalı oğutucu çndek ava ıcaklığı ve u ıcaklığı değşmler le ava özgül nem değşm, Lew ayıı değşm ve uyun buarlaşma mktarı grafkler yardımıyla unulmuştur. Anatar Kelmeler: Buarlaştırmalı oğutucu, ıı ve kütle tranfer, düşen damla acm. EXPERIMENTAL ANALYSIS OF HEAT AND MASS TRANSFER BETWEEN SERPENTINE AND AIR INLET ABSTRACT In t tudy, te eat and ma tranfer are nvetgated n te volume wc between te eat excanger ppe and ar nlet of a mecancal draft evaporatve cooler. It accepted tat n te tuded volume, water flow take form only a droplet and tere are no flm flow. Te expermental ytem ued n t tudy a countercurrent ytem. Te eat and ma tranfer occur n te tuded area matematcally modeled. Te nterface temperature (ar water) obtaned by te elp of Taylor Sere. Te purpoe of t tudy to obtan te volumetrc eat and ma tranfer coeffcent n te tuded volume. For t purpoe, an expermental ytem ettled up and te experment were done at varou water and ar ma flow rate and varou egt of te volume. Te expermental reult are analyzed n a computer program. Te reult taken from te computer program are preented grapcally. In addton, varaton of ar temperature, water temperature, ar umdty, Lew number and water evaporaton rate were obtaned. Key Word: Evaporatve cooler, eat and ma tranfer, fallng droplet volume. 1.Grş (1. Introducton) Buarlaştırmalı oğutucularda gzl ve duyulur ıı tranfer aynı zamanda olmaktadır. Aracı akışkan erpantn borularının çnden geçer ve bu boruların dış yüzeyne u pükürtülür. Ayrıca pükürtülen u akışının ter yönünde br ava akımı fanlar le ağlanır. Böylece uyun br kımı buarlaştırılırken aracı akışkandan ıı aktarılır. Ayrıca, aracı akışkan taşınım le ava tarafından da oğutulur. Lteratürde yapılan çalışmalarda, teme gren ve temden çıkan avanın ıcaklık değerler ve özgül nem değerler le teme gren ve temden çıkan u ıcaklık değerler dkkate alınmıştır. Bu değerler ve

4 bazı kabuller le tranfer katayıları belrlenmştr. Elde edlen verler, buar ıkıştırmalı oğutucunun erpantnne at değerler olarak kabul edlmş ve bu ayede erpantn boyutlandırmaları yapılmıştır. Fakat erpantn le buarlaştırmalı oğutucunun ava grş açıklığı araında kalan meafede ve uyun pükürtüldüğü pükürtücüler le erpantn araında kalan meafede, u le ava araında ıı tranfer ve kütle tranfer olmaktadır. Bu k bölgede gerçekleşen olaylar, temdek toplam ıı tranfer ve toplam kütle tranfer katayıları çernde pay abdrler. Lteratürdek çalışmalarda bu k bölgedek olaylar mal edlerek analz yapılmıştır. Soğutucudan çıkan ava ve rkülayon uyu ıcaklığının eaplanmaı çn erpantn le erpantn le oğutucuya ava grş bölge araında kalan acmdek ıı ve kütle tranfer katayılarının da blnme gerekmektedr. Bu çalışma, belrlenen bölgedek ıı ve kütle tranfer katayıları değerlernn belrlenme çn önemldr. Bu temlerde erpantn boruları üzerne u, damlalar alnde ve bütün boru dış yüzeylern ılatacak şeklde, pükürtülür. Bu boru demetler üzernden de zorunlu ava akışı ağlanır. Bu nedenle pükürtülen uyun br kımı buarlaştırılır. Buarlaşan u mktarının toplam u deb çndek oranı yaklaşık olarak % 2 dr [1]. Buarlaşmayla gerçekleşen gzl ıı tranfer ve taşınım le gerçekleşen duyulur ıı tranfer le erpantn boruları çerndek akışkandan ıı çeklr. Bu tür temlerde toplam ıı tranfernn büyük br kımı gzl ıı tranferdr. Taşınım le ıı tranfer, toplam ıı tranfer mktarı çnde az br paya aptr. Buarlaştırmalı oğutucularda çevrm akışkanından ıı, önce uya onra avaya geçer. Bu ıı tranfer ızlı br üreçtr ve buarlaştırmalı oğutucu çernde u ıcaklığının artmaına pek müaade edlmez [2]. Lteratürdek çalışmalardan bazıları baedlen bölgedek ıı ve kütle tranfer olaylarının mal edlmenn atalı olacağını götermşlerdr. Stefanovc vd., özellkle u debnn artışı le bu atanın çok daa fazla olacağını belrtlmşlerdr. [3,4]. Bayrakçı vd., buarlaştırmalı oğutucularda erpantn ve u pükürtücüler araındak açıklık araındak ıı ve kütle tranfern ncelemek çn deneyel çalışmalar yapmışlardır. Bu deneyler onucunda elde ettkler ölçüm verlern, çalışılan bölge yükeklklerne bağlı olarak ve ayrıca düşük ve yükek ava ıcaklığı değerler çn genel ıı ve kütle tranfer denklemler le unmuşlardır [5]. Toma ve Houton (1959), oğutma kulelernde ıı ve kütle tranfern deneyel olarak ncelemştr. Kule çernde tata plakalar dolgu malzeme olarak kullanılmıştır. Iı tranfer ve kütle tranfer katayıları grafk yöntem yardımıyla bulunmuştur. Toma ve Houton bu yöntem açıklamış ve tamn değerler yardımıyla grafk çözüm metodunu kullanmışlardır ve 0, 26 0, 72 0, 26 0, 72 α. a = G G, α. a = 3510G G, 0, 26 0, 72 σ. a = 2, 95 G G fadelern elde etmşlerdr [6]. Yao (1974) durgun br ava akımında vmelenen u damlalarının oğuma mktarını ölçmüştür. Çalışmaının onucunda Ranz Marall eşlşk çn br düzeltme faktörü önermştr. Bu düzeltme faktörü le Ranz Marall eşlşk 1/ 2 1/ 3 ( Re) ( Pr) Nu = 2 + 0, 6 g y şeklnde yazılablr. Bu fade de g y düzeltme faktörü; fade le unulmuştur. gy düzeltme faktörünün tanımında, z, u damlaının düşme yükeklğn ve d e u damlaı çapının fade etmektedr ve bu düzeltme faktörü 10 < ( z / d) < 600 aralığında geçerldr [7]. Burada Nu, Re ve Pr ayıları arayüzey T ıcaklığında ( + T T = ) değerlendrlmektedr. 2 g y = 25 0, 7 ( z / d) Eren ve arkadaşları çalışmalarının onucunda Ranz Marall eşlşk çn k adet düzeltme faktörü fade vermşlerdr. Bu fadeler, u damlaı kararlı ıza ulaşıncaya kadar geçen üre çn geçerldr. Damla kararlı ıza ulaştığında Ranz Marall eşlşknn y onuç verdğ Eren ve arkadaşları tarafından belrtlmştr. Su damlaının ııl drencnn mal edldğ durum çn ve u damlaının ııl drencnn dkkate alındığı durum çn Eren ve dğerler tarafından verlen fadeler aşağıdak gb ıraıyla şöyledr; ve g y = , 54 ( ) ( ) 46 0, 8 0, 1 ( M ) ( d / d ) g 0,2 0, y = 1+ 4,85 Mz d / dm. Burada Mz vmelenme modülü M = ( d / dt) d /( w w ) z z m 2 [ d d a ] d m e makmum abt damla çapıdır [8] ve şu fade le eaplanır; d m 16θ =. g ( ρ ρ ) Kunduz (1986), buarlaştırmalı yoğuşturucuların ııl eabı le lgl br çalışma yapmıştır [9]. Çalışma le lgl yapılan kabullerden br tane, Pükürtülen uyun, yoğuşturucu boru demetne ulaşıncaya kadar ve yoğuşturucu boru demetnden u avuzuna ulaşıncaya kadar, ava le aralarında gerçekleşen ıı tranfer ve kütle tranfer olaylarının olmadığı kabul edlmştr. fade le belrtlmştr [9]. Dreyer ve Eren (1990), br buarlaştırmalı oğutucu çn baınç düşümü, ıı tranfer ve kütle tranfer katayıları çn eşlşkler vermşlerdr. Teork analzlernde u-ava ara yüzey ıcaklığını (T ), pükürtülen u ıcaklığına (T ) eşt olarak almışlardır (T = T ). Deneyel çalışmalardan elde ettkler onuçlar le teork analzlerden elde ettkler onuçların m %2,5 oranında farklılık göterdğn vurgulamışlardır. Ayrıca dk akışlı buarlaştırmalı

5 oğutuculardak ıı tranfer ve kütle tranfer katayılarının karşıt akışlı buarlaştırmalı oğutuculardak katayılara nazaran daa düşük değerlerde olduklarını vurgulamışlardır [10]. Blagojevc ve Bajc (1996) ava yıkayıcılarında u damları le ava araında oluşan ıı tranfer ve kütle tranfer çn teork fadeler vermştr. Bu teork fadeler, Bajc tarafından, başka br çalışmadak deneyel onuçlara uyarlanmıştır. Bu çalışmada ıı tranfer katayıının ve kütle tranfer katayıının tept çn Ranz Marall eşlşkler (Nu ve S çn) kullanılmıştır. Damlaların ııl drenc mal T edlmş ve ara yüzey ıcaklığı + T T = olarak 2 alınmıştır. Formüllern gelştrlmende buarlaşma gzl ııı kullanılmıştır. Çalışma onunda teork fadeler le deneyel verlern uyum göterdğ belrtlmştr [11]. Lteratürde yapılan tüm çalışmalarda ortak amaç, buarlaştırmalı oğutucularda ıı ve kütle tranfer katayıının daa doğru daa aa eaplanmaıdır. Bunun çn temler bölerek ayrı bölümler alnde ncelemeler yapılmış, düzeltme katayıları ve daa aa çözüm metotları önerlmştr. Bu çalışma onucunda elde edlen ve önerlen denklemlern de, bu bağlamda lteratüre katkıının olacağı düşünülmektedr. 2. Deneyel Yöntem (2. Expermental Metod) Bu çalışmada ele alınan bölgede u akışı, erpantn borularından düşen damlalar şeklnde oluşmaktadır. İncelenen bölgede damlaların çarpışarak daa küçük çaplı brkaç damlaya ayrılma durumları ve k veya daa fazla damlanın brleşerek daa büyük çaplı br damla oluşturmaları gb durumlar mal edlmştr. Bu gb durumlar, ncelenen bölgedek akış çernde çok ıklıkla karşılaşılan olaylar olarak değerlendrlmemektedr. Lteratürdek çalışmaların bazılarında da aynı kabullere yer verlmştr. Deneyel çalışma çn oluşturulan düzenek Şekl 1 de şematk olarak göterlmştr. Deney düzeneğ Süleyman Demrel Ünverte Teknk Eğtm Fakülte laboratuarında mal edlmş ve deneyler burada yapılmıştır. Deney yapılan yern rakımı 1050 m. dr. Stemdek buarlaştırmalı oğutucu 80 cm. x 80 cm. ket alanına aptr. Soğutucu tabanı le damla tutucuları araı meafe 260 cm. ve ava grş ketlernn er br 25 cm. x 80 cm. ket alanına aptr. Stemdek erpantn boruları 12 dz olarak oluşturulmuştur. Her br dzde e 18 adet boru mevcuttur. Soğutucudan ava çıkış ket 53 cm. çapında br kanal le oluşturulmuştur. Stemde u rkülayonu k adet antrfüj pompa tarafından ağlanmaktadır. Hava akışı e br adet akyal fan le ağlanmıştır. Şekl 1 de göterlen deney düzeneğnde, u, buarlaştırmalı oğutucu tabanından k adet pompa le emlerek, 5 le göterlen kazana gönderlmektedr. 3 numara le göterlen by-pa vanaı tenen u debn ağlayablmek amacıyla kullanılmaktadır. Stemdek 4 no lu by-pa vanaı e u ıcaklığı ayarı amacıyla kullanılmaktadır. Su deb 8 no lu u pükürtücüler le buarlaştırmalı oğutucuya pükürtülmektedr [12]. Stemdek u deb dört farklı değer (0,91-0,83-0,75 ve 0,66 kg/) le kuleye gönderlmştr. Buarlaştırmalı oğutuculardak u debnn belrl lmtler araında olmaı gerekr. Mouddn ve Kant, buarlaştırmalı oğutuculardak u deb değernn 3000 kg/m 2 le kg/m 2 araında olmaı gerektğn belrtmşlerdr [13]. Deneyel çalışmada kullanılan u debler bu lmtler açıından uygundur. Bu yükek u deblernn aa olarak ölçüleblme çn 2 nç bağlantı çapı olan br debmetre kullanılmıştır. Bu debmetrenn aayet yaklaşık 30 o C u ıcaklığı çn % 0,7 dr [14]. Deney düzeneğnde, erpantn le ava grş açıklığı araında kalan meafede u ıcaklığını ölçmek amacıyla K tp termokupl elemanlar yerleştrlmştr. Havanın kuru termometre ıcaklığı ve ava özgül nem veya bağıl nem değerler de yne aynı evyelerde nem ve ıcaklık enörü le ölçülmüştür. Bu enörlerden nem enörünün aayet ± % 1 (bağıl nem) dr.

6 13 11 En alttak erpantn boruu Şekl 1. Deney düzeneğnn şematk göterm (Scematc layout of expermental ytem) 1 1.Pompa 2 2. Pompa 3 Su deb by-pa vanaı 4 Su ıcaklık ayarı by-pa vanaı 5 Kazan 6 Su debmetre 7 Ver okuyucu ve kaydedc ünte 8 Su pükürtücüler 9 Boru demetler 10 Sıcaklık ve nem probları 11 Damla tutucu 12 Anemometre 13 Akyal fan 14 Santrfüj fan (1-1t Pump 2-2nd Pump 3- Water flow by-pa valve 4-Water Temperature by-pa valve 5-Heater 6-Flowmeter 7- Data Logger 8-Spray 9- Serpentne 10- Temperature and umdty prob 11-Drft Elmnator 12-Anemometer 13-Axal fan 14-Centrfugal fan) İncelenen bölge çnde er 10 cm. meafede u ıcaklığı ölçümler yapılmıştır. Hava kuru termometre ıcaklığı ve ava özgül nem veya bağıl nem değerler de yne aynı evyelerde ölçülmüştür. İncelenen bölgede nem ölçümü aa br durumdur. Nem edcler doğrudan korunakız olarak tem çerne yerleştrlemez. Ak takdrde u akışı tarafından ılatılır ve şlevlern gerektğ gb yerne getremezler. Bu olayın önüne geçmek amacıyla tem çerndek ava akışından, br antrfüj fan aracılığı le, numune ava alınmıştır. Bu numune ava akımı çernden nem ve ıcaklık değerler ölçülmüştür. Bu numune ava alma şlem ıraında kullanılan boru, ıı letm katayıı düşük olan platk malzemeden yapılmıştır. Bu boru çnde, ava ıcaklığının atalı okunmamaı çn mümkün olduğunca boru uzunluğu kıa tutulmuştur. Havanın ıcaklığının yanında nem değernn de ölçülme enaında oluşablecek mutemel ölçme atalarını

7 engellemek amacıyla numune ava alma boruu Şekl 1 dek ayrıntıda göterldğ gb ter U şeklnde kıvrılmıştır. Bu kıvrım en alt erpantn boruunun üzernden yapılmıştır. Böylece boruya greblecek nem parçacıklarının boru çne lerlemeler engellenmştr. Buarlaştırmalı oğutucunun çıkış ketndek ava ızının br anemometre le ölçülme ava debnn eaplanmaı çn aa olarak ölçülmüştür. 3. ÇÖZÜM METODU (3. SOLUTION METHOD) Çalışma bölgendek u akışı damla formundadır ve bu damlaaların lk ızları yaklaşık olarak ıfırdır. Damlalar borulardan düşerken, lk ızlarının olmamaı ve yerçekm kuvvet ebeplernden dolayı, ız kazanırlar. Damlaların ıı tranfer ve kütle tranfer açıından lmt ıza ulaşıp ulaşmadıkları önem arz eder. Bu ebeple lmt ız analz yapablmek çn damla çaplarının ortalama olarak blnme gerekr. Damla çaplarının ölçüm yöntem Şekl 2 de görülmektedr. ncelenen bölgenn üt kıımlarından elde edlmştr. Çünkü u damlalarının ncelenen bölge çnde parçalanma tmaller öz konuudur. Su damlaları parçalanarak daa küçük çaplı brkaç damla oluşturablrler. Özellkle bu çalışmada, ava ızı 2,5 m/ değernn üzerne çıktığında, u damlalarının parçalanma durumu görülmeye başlanmaktadır. Bu durum Fenko vd. tarafından Şekl 3 de görülen grafk le özetlenmştr [15]. Şekl 3 de verlen grafk ncelendğnde 1 ve 2 le göterlen k adet eğr görülür. Belrl br ava ızı değernde, buarlaştırmalı oğutucu çndek damla çapı 1 nolu eğrnn üzernde br değerde e damla parçalanır. Eğer damla çapı 2 nolu eğrnn altında e damla ava tarafından ürüklenr. Sürüklenen bu damla, ava le aynı yönde areket eder ve damla tutucu tarafından tutulmaza tem terk eder. Eğer damla çapı 1 ve 2 eğrlernn araında e damla parçalanmadan ve ava tarafından ürüklenmeden u avuzuna ulaşır. Şekl 3. Hava ızı değerne göre damlaların parçalanmaı ve ürüklenme çn gereken mnmum damla çapı değerler [15]. (Mnmum requred drop dameter value for drftng and break-up accordng to ar velocty [15].) Şekl 2. Blgayar programı yardımıyla damla çapı ölçümü ve kullanılan ölçek. (Meaurement of te drop dameter by te oftware and ued cale). Her deney çn belrlenen damla çaplarının artmetk ortalamaı alınarak, ortalama başlangıç damla çapı değer elde edlmştr. Çalışmalar enaında gözlemlenen başlangıç damla çapı yaklaşık 6,9 mm. dr. Deneyler üç farklı ava ızı değernde yapılmıştır. 2 m/ ız değernde damla çapı, Şekl 3 de verlen grafklere göre damlanın parçalanmaının olmamaı veya az br oranda gerçekleşme ebeb le abt kabul edleblr. Fakat 2,5 m/ ve 3 m/ ava ızı değerlernde damlaların parçalanmaı le ufak çaplı yen damlaların oluşumu görülür. Bu ebeple, yükek ava ızı le yapılan deneylerde damla çapı değşkendr. Yükek ava ızı değerlernde, erpantn boruları çıkışında damlaların lk oluştukları andak çapları yne yaklaşık 6,9 mm. olarak ölçülmüştür. Dolayııyla başlangıç damla çapı değer abt kabul edleblr. Belrtlen bu çap, Şekl 2 de görüldüğü gb Bu çalışmada ortalama 6,9 mm. çapa ap damlaların, 0,5 m. çalışma yükeklğnde, lmt ıza ulaşamayacağı eaplandığından, bölgede ıı tranfer katayıları ve kütle tranfer katayıları ortalama katayılar olarak eaplanmıştır Su ve Hava Araındak Iı ve Kütle Tranfer İçn Model (Model For Heat and Ma Tranfer Between Ar and Water) Su damlaları ve ava araındak ıı tranfer ve kütle tranfer eşzamanlı olaylardır. Ayrıca bu k akış araında oluşan toplam ıı tranfer duyulur ve gzl ıı tranfer olarak k kıımdan oluşmaktadır. Su damlaları ve ava araındak ıcaklık farkı ebeb le duyulur ıı tranfer gerçekleşmektedr. Su damlaları yüzey üzernde oluşan ve ara yüzey olarak tanımlanan bölgede nem açıından doygun br ava katmanı oluşur. Bu ara yüzeydek doymuş ava katmanından, erbet ava akımına doğru kütle tranfer olayı gerçekleşr ve gzl ıı tranfer oluşur. Genellkle bu tür buarlaştırmalı cazlarda, teme gren uyun ve avanın ıcaklık ve deblerne bağlı

8 olarak, tem çernde belrl br meafeden onra u ıcaklığı ava ıcaklığından daa düşük değerlere neblmektedr. Bu durumda duyulur ıı tranfer yön değştrerek avadan uya doğru gerçekleşmektedr. Bu olay, avanın teme grdğ alt bölgede görülür. Bu tür temlerde elde edleblecek en düşük u ıcaklığı, teme gren avanın yaş termometre ıcaklığından daa düşük olamaz. Bayboz, buarlaştırmalı oğutucularda, u le ava araındak ıı tranfer etkleşmnn, temn üt bölgende ve temn alt bölgende değşk yönlerde olableceğn vurgulamıştır [16]. İncelenen bölgedek durum Şekl 4 de göterlmektedr. T T T Şekl 5. Su le ava araındak ıı ve kütle tranfernn (u+arayüzey+ava) kontrol acmlerndek göterm (Heat and ma tranfer between ar and water n Control volume) fade elde edlr. Buarlaşan u kütle aynı zamanda dm& = σ ( x x)df (2) şeklnde fade edlr. (1) ve (2) fadelernden, Duyulur ıı tranfer Şekl 4. Buarlaştırmalı oğutucuların alt bölümündek duyulur ıı tranfer. (Senble eat tranfer at te lower ecton of evaporatve cooler) Bu çalışmada modeln çözümü çn bazı kabuller yapılmıştır. Bu kabuller aşağıdak metnler yardımıyla fade edlmştr; Stemn ürekl rejmde ve kule duvarlarından atmofere olan ıı tranfernn mal edleblr br büyüklük olduğu kabul edlmştr. Ayrıca ıı tranfer ve kütle tranfer yalnızca akışlara dk doğrultuda gerçekleşmektedr. Çalışma bölgenn er evyende omojen ıcaklık dağılımı vardır. Suyun özgül ııı ve avanın özgül ııının ıcaklıkla değşm mal edlmştr. Iı tranfer ve kütle tranfer aynı ara yüzey alanında gerçekleşmektedr. Lteratürde yapılan bazı kabuller öneml atalara ebep olablecek ntelk arz ederler. Bunlar, Lew ayıının Le = 1 olarak alınmaı, u le ava araındak ara yüzey ıcaklığının u ıcaklığına eşt olduğu kabulü, buarlaşma ebeb le u debnn değşmnn mal edlme ve buarlaşarak avaya tranfer olan buarın entalp değer yerne buarlaşma gzl ııının kullanılmaıdır. Bu çalışmada, öncek fadelerde belrtlen kabuller, matematkel model çernde ve çözüm metodunda kullanılmamıştır. Çalışma bölgende, u damlaları le ava araındak, ıı tranfer ve kütle tranfer Şekl 5 de göterlen (u+ara yüzey+ava) kontrol acmler yardımıyla açıklanablr. Şekl 5 de göterlen (u+ara yüzey+ava) kontrol acmnde kütle denge denklem yazılıra; dm& = m& dx (1) m& dx = σ ( x x)df (3) elde edlr. Burada x, ara yüzeydek avanın T ıcaklığındak doyma özgül nem değerdr ve denklem (4) ve (5) yardımıyla eaplanablr [9]. x P d Pd = (4) P P = 10 d 7. 5 T T (5) (5) fade arayüzey ıcaklığındak u buarının doyma baıncını veren fadedr [17]. (2) nolu fade de ve Şekl 5 dek (u+ara yüzey+ava) kontrol acmnde göterlen df fade, u ve ava araında ıı tranfernn ve kütle tranfernn gerçekleştğ brm arayüzey alanını fade etmektedr. Bu alan şöyle tanımlanır; F = A L a (6) Burada, u damlalarının çalışılan bölgedek düşme yükeklğ L (m), buarlaştırmalı oğutucu enne ket alanı A (m 2 ) ve u damlalarından oluşan 1 m 3 lük u acmndek ıı tranfer yüzey a (m 2 /m 3 ) olarak tanımlanır. Eğer A = 1 m 2 olarak kabul edlre df şöyle yazılablr; df = a dl (7) Şekl 5 dek (u+ara yüzey+ava) kontrol acmnde, kararlı al enerj denge denklem aşağıdak gb yazılablr;

9 ( m& ) m& = m& ( + d ) m& m & + d (8) Bu fade düzenlenre, m & d + dm& = m& d (9) fade elde edlr. Şekl 5 de görülen (ara yüzey+ava) kontrol acm çn enerj denge denklem aşağıdak gb yazılablr; m& d = [ α ( T T ) + σ( x x)( fg +, )]df (10) Bu eştlktek fg uyun T ıcaklığındak buarlaşma entalpdr ve (11) fade le eaplanır. ( c c p b ) T fg fg, 0, = (11) (10) fadendek fg +, = g, dr. Bu durum gzl ıı tranfer fadende adece fg termnn kullanılmaından kaynaklanan atanın etknn azaltılmaı açıından önemldr. (10) fade, (9) fadene yerleştrlre; [ α ( T T ) + σ( x x)( + )]df m& d (12) = fg, fade elde edlr. Su ara yüzeyde buarlaşmaktadır. Dolayııyla u ara yüzeye ıvı alde grmektedr ve ara yüzeye gren uyun entalp le ıcaklığı ıraıyla T ve, şeklnde göterleblr. Bu kabuller yardımıyla, (ara yüzey+ava) kontrol acm çn aşağıdak fade elde edlr; [ σ( x x) + α ( T T )]df m& d (13) =, (10) ve (13) denklemler yardımıyla; ( T T ) = σ ( x x) fg + α ( T T α ) (14) fade elde edlr. (10) ve (3) fadeler brlkte düzenlenre (15) no lu fade elde edlr. d dx ( T T ) + fg +, ( x x) α = (15) σ term neml avanın entalpn fade etmektedr. Neml avanın entalp, cp T + x fg, 0 = (16) eştlğ le eaplanır. Bu fadenn türev alınarak, d = cp dt + fg, 0 dx (17) fade elde edlr. Bu eştlktek c p neml avanın abt baınçtak özgül ııı olup (18) eştlğ le eaplanır. c = c c x (18) p p, + p, b (17), (2) ve (15) fadeler tekrar düzenlenre (19) eştlğ elde edlr. dt ( T T ) [ α + σ ( x x) cb = m & ] (19) c p Su le ava araında gerçekleşen eş zamanlı ıı tranfer ve kütle tranfer problemlernde boyutuz br büyüklük olan Lew ayıı tanımı kullanılır. Bonjakovc, bu boyutuz ayıyı; c p σ Le = (20) α eştlğ şeklnde tanımlamıştır [18]. (2), (3), (12) ve (19) fadelernde dferanyellern dl termne göre değşmler Le ayıı tanımı le, dm& dl dx dl dt dl α a Le = ( x x) c p (21) α a Le = ( x x) (22) c G p αa T 1 = α G a c Le c p ( ) ( T T ) T + ( )( ) x x fg +, (23) dt α c a Le 1 p, b = + ( x x) (24) dl c p G Le c p denklemler elde edlr. (21), (22), (23) ve (24) denklemler ıraıyla, Şekl 5 de göterlen dferanyel kontrol acmnde, dl meafe boyunca, buarlaşan u kütle ebeb le u debndek değşmn, erbet ava akımının özgül nem değernn değşmn, u ıcaklığının değşmn ve ava ıcaklığının değşmn fade etmektedr. (21), (22), (23) ve (24) denklemlernn çözümleneblme çn ara yüzey ıcaklığı T değernn blnme gerekr Ara yüzey Sıcaklığı T Değernn Belrlenme (Defnton of T Interface Temperature) Lteratürdek çalışmaların büyük br bölümü ara yüzey ıcaklığını,

10 T + T T = (25) 2 fade le eaplamışlardır. Bu artmetk ortalama yaklaşımının, belrl u ıcaklığı ve ava ıcaklığı (kuru termometre ıcaklığı) değerlernde y onuç verdğ kabul edlr. Fakat u ıcaklığı ve ava ıcaklığı değer araındak farkın artışı, bu yöntemn geçerllğn azaltır. Benzer bçmde α.a katayıının ava ızına ve yükeklğe göre değşm Şekl 7 de göterlmştr. α.a katayıının L le artış eğlm, ava ızının 3 m/ olmaı durumunda çok daa ızlı olmuştur. Bu çalışmada, ara yüzey ıcaklığı değern tept edeblmek çn Kunduz tarafından önerlen br yöntem kullanılmıştır [19]. (14) no lu denklem tekrar düzenlenmş ve (26) no lu fade elde edlmştr. ( T T ) σ ( x x) α ( T T ) 0 α (26) fg = Ara yüzey ıcaklığının Taylor er açılımında, lk k term onraı fadeler mal edleblr [20]. Bu durumda aşağıdak fade elde edlr. ( T ) f ( T ) + f ( T )( T T ) f, ta, ta, ta = (27) Burada göterlen T,ta tamn edlen ara yüzey ıcaklığıdır. Ara yüzey ıcaklığının tept edlme çn (27) no lu fade le verlen yöntem (26) fadene uygulanır. Bu şlem onucunda ara yüzey ıcaklığı tamn edlr. Tamn edlen ara yüzey ıcaklığı yardımıyla (27) no lu fade de göterlen T değer eaplanır. Eğer tamn edlen ara yüzey ıcaklığı le eaplanan değer araındak fark vara, tamn edlen ara yüzey ıcaklığı değştrlr. Tamn ara yüzey ıcaklığı le eaplanan ara yüzey ıcaklığı değer araındak fark T o,ta T,e 0.05 C şartı ağlanana kadar program çalışmaktadır. Şekl 6. 0,91 kg/ u debnde α.a katayıının, ava ızı ve yükeklk le değşm (T> T ). (Varaton of α. a coeffcent by ar velocty and egt at 0.91 kg/ water ma flow rate) Şekl kg/ u debnde α.a katayıının, ava ızı ve yükeklk le değşm (T > T ). (Varaton of α a coeffcent by ar velocty and egt at kg/ water ma flow rate) 4. BULGULAR (RESULTS) Ölçüm onucu elde edlen tüm deneyel verler, azırlanan blgayar programında değerlendrlmştr. Bu değerlendrmeler netcende α a, α a ve σ a katayılarının, çalışma bölge yükeklğ ve u deblerne göre değşmler, üç farklı ava ızı çn elde edlmştr. Şekl 6, Şekl 7, Şekl 8 ve Şekl 9 da α.a katayıının değşm görülmektedr. Bu grafkler makmum u deb (0,91kg/) değerler çn verlmştr. Dğer u deblernde de benzer değşmler görülmüştür. Tüm değşkenler çn elde edlen katayılar br amprk fade le unulmuştur. Şekl 6 da da görüldüğü gb 3 m/ ava ızı le 2.5 m/ ava ızı araındak α.a katayıının değşmler araındak fark, 2.5 m/ le 2 m/ araındak farktan büyüktür. Bunun neden 3 m/ ava ızı değernde damlaların parçalanarak ıı tranfer ve kütle tranfer alanının artmaı olarak yorumlanablr. Şekl 8. 0,91 kg/ u debnde σ.a katayıının ava ızı ve yükeklk le değşm(t> T ). (Varaton of σ. a coeffcent by ar velocty and egt at 0.91 kg/ water ma flow rate) Hava ızının 3 m/ olmaı durumda görülen σ. a katayıının değernn an artışı, u damlalarının parçalanarak toplam kütle tranfer alanının artmaından kaynaklanmaktadır. Bu onuç, damla

11 parçalanmaının, kütle tranfer katayıının artışı çn çok öneml br parametre olduğunu götermektedr. Buarlaştırmalı oğutucularda erpantn le ava grş açıklığı araında kalan bölgedek ıı ve kütle tranfer çn bazı eş lşkler gelştrlmştr. Bu lşkler deneyel çalışma onuçlarından yola çıkılarak elde edlmştr. Bu lşklerde, α. a, α. a ve σ. a katayıları, erpantn le ava grş açıklığı araındak yükeklk L, u deb m& ve buarlaştırmalı oğutucu çerndek ava ızı u değşkenlerne göre fade edlmştr. Bu fadeler, br paket blgayar programı (DataFt) yardımıyla, lneer olmayan regreyon analz yöntemyle elde edlmştr. Bu program Levenberg-Marquardt metodu kullanarak çözüm yapar. Bu analz onucunda elde edlen fadeler (28), (29) ve (30) no lu fadelerde verlmştr. Bu fadeler T > T durumu çn elde geçerldr. A : Buarlaştırmalı oğutucu enne ket alanı (m 2 ) A d : Su damlaı yüzey alanı (m 2 ) a : Brm acmbaşına ıı tranfer yüzey alanı (m 2 /m 3 ) c b : Doymuş buarın özgül ııı (kj/kg K) c p : Neml avanın abt baınçtak özgül ııı (kj/kg K) c : Doymuş uyun özgül ııı (kj/kg K) d o : Başlangıç ortalama damla çapı (m) F : Su ve ava araında ıı tranfernn ve kütle tranfernn gerçekleştğ brm ara yüzey alanı (m 2 ) 0, 46 0, 628 0, 596 α. a = ( L). ( m& ). ( u) , 05 g : Yerçekm vme (m/ 2 ) (28) 0, , 1, 597 G : Kütle akıı (kg/m 2 ) α. a = ( L). ( m& ). ( u). 905, 73 (29) : Neml avanın entalp (kj/kg) 0, 147 0, 556 2, 443 σ. a = ( L). ( m& ). ( u). 0, 478 : Buarlaşma entalp (kj/kg) (30) Bu fadelern regreyon uyum değerler (R 2 ) ıraıyla % 90,5 - % 93,5 ve % 85 dr. Bu uyum değerlernn lk k oldukça yükek ve ydr. Kütle tranfer katayıı çn verlen fadenn uyum değer e lk k uyum değerne nazaran düşük olmaına rağmen kabul edleblr ınırlar çerndedr. 5. SONUÇLAR VE TARTIŞMA (CONCLUSION) Buarlaştırmalı oğutucularda erpantn le ava grş açıklığı araında kalan bölgedek ıı ve kütle tranfer çn geçerl eş lşkler gelştrlmştr. Buarlaştırmalı oğutucu çerndek ava ızı, buarlaştırmalı oğutucunun erpantn le ava grş açıklığı araında kalan bölgedek kütle tranfer olayı çn en öneml parametrelerden br olarak dkkate alınmalıdır. Bu bölgedek u damlaları, artan ava ızı ve damla çapı değerlerne göre parçalanırlar. Elde edlen volümetrk ıı ve volümetrk kütle tranfer katayılarının artışında, ava ızının artmaı netcende oluşan damlaların parçalanmaı öneml oranda etkldr. Bu katayılar çn br dğer öneml parametre e çalışma bölge yükeklğdr. Damlaların düşme yükeklğ arttıkça bu katayılar da artmaktadır. Bu durumun neden, düşme yükeklğnn artmaıyla, damlanın bölge çndek ortalama ızının artmaıdır. Bu artışlar, bulgular bölümünde verlen grafklerde görülmektedr. Bu yükeklğn artmaı, damlaların parçalanmaını da arttırmaktadır. Yne bu katayılar çn u deb değşmnn etk de mal edlemez. Tüm bu onuçlar ışığında, buarlaştırmalı oğutucuların erpantn le ava grş açıklığı araındak volümetrk tranfer katayıları çn amprk fadeler elde edlmştr. Lteratürdek çalışmalarda mal edlen ve tüm tem üzernde etk olan bu ıı tranfer mktarı ve kütle tranfer mktarı, verlen amprk fadeler le değerlendrleblr. Bu yolla erpantn önce avanın ıcaklıkları (kuru termometre ve yaş termometre) elde edleblr. 6. Semboller (Symbol) fg fg, 0 : Doymuş u entalp (kj/kg) : 0 o C da uyun buarlaşma entalp (kj/kg) L : Su damlalarının düşme yükeklğ (m) Le σc p : Lew ayıı ( Le = ) α m& : Su kütleel deb (kg/) m& : Neml ava kütleel deb (kg/) P : Atmofer baıncı (Pa) P d : Su buarı doyma baıncı (Pa) ρ : Yoğunluk (kg/m 3 ) T : Sıcaklık ( o C) u : Hava ızı (m/) x : Neml ava özgül nem (kg H 2 O/kg k) α.a : Arayüzey le ava araındak volümetrk ıı tranfer katayıı (W/m 3 K) α.a : Su le arayüzey araındak volümetrk ıı tranfer katayıı (W/m 3 K) σ.a : Arayüzey le ava araındak volümetrk kütle tranfer katayıı ( kg / m 3 x) Alt ndler b : Buar ç : Çıkış d : Damla g : Grş : Hava : Arayüzey ort : Ortalama : Su ta : Tamn değer yt : Yaş termometre

12 7. KAYNAKLAR (REFERENCES) [1] Altınışık, K., Işık, M., Ter Akımlı Soğutma Kulelernde Yaklaşma Sıcaklığının Kule Performanına Etk, 9. Ulual Iı Blm ve Teknğ Kongre, Fırat Ün., Elazığ, , Eylül [2] Martn, P.L., Ougton, D.R., Heatng & Ar Condtonng of Buldng. 701., Arctectural Pre, [3] Stefanovc, V., Lakovc, S., Radojkovc, N., Ilc G., Expermental Study on Heat and Ma Tranfer n Coolng Tower, Facta Unvertat Mecancal Eng. Sere, 1(7), [4] Stefanovc, V., Ilc, G., Vukc, M., Radojkovc, N., Vuckovc, G., Zvkovc, P., 3D Model n Smulaton of Heat and Ma Tranfer Procee n Wet Coolng Tower, Facta Unvertat Mecancal Eng. Sere, 1(8), , [5] Bayrakçı, H.C., Özgür A.E., Kunduz, M., Buarlaştırmalı Soğutucularda Serpantn İle Su Pükürtücüler Araındak Bölgede Iı Ve Kütle Tranfernn Deneyel Olarak İncelenme, Gaz Ünverte Müendlk Mmarlık Fakülte Derg, Clt:22, No:3, , [6] Toma, W.J., Houton P., Smultaneou Heat and Ma Tranfer n Coolng Tower, Brt Cemcal Eng., Clt: 4, , [7] Yao, S.C., Invetgaton on Fallng Drop Heat- Ma Tranfer and Drft Elmnaton n Wet Coolng Sytem, P.D. Dertaton, Unverty Of Calforna, Berkeley, [8] Eren, P.J., Mercker, J.H., Dreyer, A.A., Evaporaton From Acceleratng Droplet, Proceedng of Te 10t Internatonal Heat Tranfer Conference, , Brgton, [9] Kunduz, M., Buarlaştırmalı Kondanör Heabı. Selçuk Ünverte Fen Blmler Enttüü Doktora Tez. 110, [10] Dreyer, A.A., Eren, P.J., Heat and Ma Tranfer Coeffcent and Preure Drop Correlaton for a Croflow Evaporatve Cooler, Proceedng of Te Nnt Internatonal Heat Tranfer Conference, (Hetron, G.,- ed), , Jarualem, [11] Blagojevc, B., Bajc, I., A One Dmenonal Numercal Model of Heat and Ma Tranfer n Ar Water Droplet Flow, Heat and Ma Tranfer, 31, , [12] Özgür A.E, Buarlaştırmalı Soğutucularda Serpantn İle Hava Grş Açıklığı Araındak Bölgede Iı Ve Kütle Tranfernn Deneyel Olarak İncelenme, Doktora Tez, Süleyman Demrel Ünverte Fen Blmler Enttüü, [13] Mouddn, A.K.M., Kant, K., Knowledge Bae for te Sytematc Degn of Wet Coolng Tower Part II : Fll and Oter Degn Parameter, Int J. of Refrgeraton,19(1), 52 60, [14] ASV Stübbe GmbH., Varable Area Flowmeter DFM 165 to 350 catalogue ttp:// _EN/DFM0200_EN.pdf,2008. [15] Fenko, S.P., Brn, A.A., Petruck, A.I., Evaporatve Coolng of Water n a Mecancal Draft Coolng Tower, Int. J. of Heat and Ma Tranfer, 47, , [16] Bayboz, B., Mekank Hareketl Su Soğutma Kulelernde Iı ve Kütle Tranfer le Etkenlğn İncelenme, Balıker Ünverte Fen Blmler En. Doktora Tez, 93., Balıker, [17] Ballıca, H., Havadak Su Buarının Baınç ve Doyma Derecenn Bulunmaı, T.C. Başbakanlık Devlet Meteoroloj İşler Genel Müdürlüğü, Teknk Ser,No: 16, Ankara, [18] Bonjakovc, F., Tecncal Termodynamc. Holt, Rneart and Wnton. (Tranlaton of Tecnce Termodynamk, Part II, Dreden und Lepzg.,1965. [19] Kunduz, M., Soğutma Kulelernde Iı ve Kütle Tranfer Analz ve Çözümü, Ege Ünverte Güneş Enerj Enttüü Derg. 1(4), [20] Hacıaloğlu, H., H., Balcı, M., Gökdal, F.,. Temel ve Genel Matematk Clt 1. Ertem Matbaacılık, 678, Ankara, 1988.