SAF SU VE SAF ALKOL KULLANIMININ FİLM VE DAMLA ŞEKLİNDEKİ YOĞUŞMA ÜZERİNE ETKİSİ

Transkript

1 MAKALE SAF SU VE SAF ALKOL KULLANIMININ FİLM VE DAMLA ŞEKLİNDEKİ YOĞUŞMA ÜZERİNE ETKİSİ Tansel Koyun * Yr Doç Dr, Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühenislik Fakültesi, Makine Mühenisliği Bölümü, Isparta tanselkoyun@sueutr Ahmet Coşkun Yr Doç Dr, Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühenislik Fakültesi, Makine Mühenisliği Bölümü, Isparta ahmetcoskun@sueutr ÖZ Yoğuşma, birçok ısıtma ve soğutma prosesine karşımıza çıkan bir prosestir Bu çalışmaa, saf su ve literatüre yer alan çalışmalaran farklı olarak saf alkol için yoğuşma eneyleri yapılmıştır Yoğuşma eneyine, bilinen bir eney cihazı üzerine yüzey ısı transfer katsayısının, ısı akışının ve ısı transfer hızının, oyma sıcaklığı ve yüzey sıcaklığı arasınaki farka göre eğişimleri eneysel olarak incelenmiştir Deneyler film ve amla akışlı yoğuşma için ayrı ayrı yapılmıştır Deneyleren ele eilen sonuçlara göre eneysel ve teorik olarak hesaplanan yüzey ısı transfer katsayıları tablolar haline sunulmuştur Bunun yanına, yüzey ısı transfer katsayısı, ısı akısı ile ısı transfer hızlarının oyma ve yüzey sıcaklıkları arasınaki farka göre eğişimleri iyagramlar haline gösterilmiştir Anahtar Kelimeler: Film yoğuşma, amla yoğuşma, ısı transfer (taşınım) katsayısı EFFECT OF PURE WATER AND PURE ALCOHOL ON FILMWISE AND DROPWISE CONDENSATION ABSTRACT * İletişim Yazarı Conensation is a process which we come across with in many fiels In this stuy, the conensation experiments for pure water an pure alcohol as istinct from the stuies in the literature were carrie out In the conensation test, the change of surface heat transfer coefficient, heat flux an heat transfer rate have been experimentally investigate with respect to the ifference between the saturation temperature an the surface temperature for a known test evice The experiments have been conucte separately for a film an rops of conensation flow Accoring to the results obtaine from the experiments, experimentally an theoretically calculate surface heat transfer coefficients have been presente in a tabulate form In aition, the surface heat transfer coefficient, the heat flux an the heat transfer rate changes by the ifference between saturation an surface temperatures have been presente in iagrams Keywors: Film conensation, rop conensation, heat transfer coefficient Geliş tarihi : Kabul tarihi : Koyun, T, Coşkun, A 2015 Saf Su ve Saf Alkol Kullaniminin Film ve Damla Şeklineki Yoğuşma Üzerine Etkisi, Mühenis ve Makina, cilt 56, sayı 670, s Mühenis ve Makina 49

2 1 GİRİŞ Yoğuşma prosesi, esas olarak oymuş buharın sabit sıcaklık ve basınçta sıvı hale önüşmesiir Kaynama ve yoğuşma, buhar tesislerine termal ve nükleer güç üretimi, soğutma, rafine etme, sıcak bir bölgeen aha soğuk bir bölgeye ısı transferi gibi sayısız uygulamalara karşılaşılan önemli konularır Soğuk bir yüzey üzerine buharın yoğuşması film veya amla teşekkülü şekline olabilir Film şekline bir yoğuşma meyana geliğine yüzey, yoğuşmaan olayı tamamen sıvı ile kaplanmaktaır Yoğuşma, sıvı filmin ış tabakası üzerine olup, yüzeye film içerisinen geçen ısı çoğunlukla iletimle ısı transferi şeklineir Uygun yapılı bir yüzey oluşturarak amla yoğuşmasını sağlamak mümkünür Bu urum meyana geliğine yüzey tamamen sıvıyla oğal amlacıklarla kaplanır Yoğuşmaa ısı transfer miktarını belirleyen en önemli parametreleren birisi yüzey ısı transfer katsayısıır Damla yoğuşma, ısı transfer katsayıları sıvı film olmamasınan olayı film yoğuşmaaki ısı transfer katsayılarınan aha yüksektir [1] Buna rağmen, günümüze yaygın olarak film yoğuşma kullanılmaktaır Bunun neeni, amla yoğuşmaa, yoğuşma yüzeyinin üşük yüzey enerjisine sahip olması ile açıklanabilir Bu yüzen, teknik uygulamalara amla yoğuşma çoğunlukla kullanılmamaktaır [2] Ancak, yüzeyler yüksek ısıl iletkenliğe sahip metal malzemeler ile kaplanırsa yoğuşma yüzeyleri yüksek enerjiye sahip olmaktaır Bu yüzen, amla yoğuşma kullanılması urumuna, yüzeyler yüksek yüzey enerjisine sahip malzemeler ile kaplanmalıır Literatüre amla ve film yoğuşma ile ilgili çalışmalar mevcuttur Kananeh v [3], amla yoğuşmanın gelecekteki teknik uygulamalarına izin verecek yatay bir konenser tüp üzerine stabil amla yoğuşması için plazma-iyon implantasyonunun kullanımını incelemişlerir Ayrıca bu tüpler üzerine buharın yoğuşma ısı transfer katsayılarınaki artışı eneysel olarak saptamışlarır Sonuçlar grafikler haline verilmiştir Rausch vnin [4] yaptığı çalışmaa, üzeltilmiş Nusselt film teorisi kullanılarak yüzey ısı transfer katsayıları hesaplanmış olup, ele eilen sonuçların eneysel hesaplamalarla iyi bir uyum içine oluğu belirtilmiştir Ma v [5], farklı ağırlık yüzeli buhar-etanol karışımlarının yoğuşmalı ısı transferini eneysel olarak atmosferik basınçta incelemişlerir Sonuç olarak, ısı transfer katsayılarının, yoğuşmanın film ve amla yoğuşma olmasına, karışım bileşimine ve buhar-yüzey sıcaklık farklarına göre eğiştiğini göstermişlerir Wang v [6] ise yaptıkları çalışmaa, su-etanol karışımlarının Marangoni yoğuşmalı ısı transferini eneysel olarak incelemişlerir İncelemeleri, büyük ve homojen olmayan sıcaklık grayanlarına sahip ikey bir yüzey üzerine yapmışlarır Isı transfer katsayılarının, yoğuşmanın oluğu yüzeye homojen olmayan sıcaklıklar için yüzey boyunca eğiştiğini gözlemlemişlerir Sıcaklık grayanı ne kaar büyükse, ısı transfer katsayısı a o kaar büyük çıkmıştır En büyük ısı transfer katsayısını etanol-buhar konsantrasyonu %1 oluğuna gözlemlemişlerir Yun v [7], yatay bakır ve paslanmaz çelik tüplere ısı transfer katsayısını laminer film yoğuşma urumuna incelemişlerir Ölçülen yoğuşma ısı transfer katsayıları, (yoğuşma sıvı film kalınlığının yüzey pürüzlülüğüne oranı δ/rp-v nispeten üşük oluğuna) teorik Nusselt Analizine göre hesaplanan sonuçlaran önemli orana üşük çıkmıştır Chen ve Utaka [8] yaptıkları çalışmaa, Marangoni amla yoğuşmasına, su-etanol karışımının yoğuşma yüzeyine sıcaklık grayanıyla yatay yüzey üzerineki amlaların ani hareketlerini incelemişlerir Damlaların ısı transfer yüzeyine üşük sıcaklıktan yüksek sıcaklığa oğru hareketleri gözlemlenmiştir Ganzevlesve ve van er Gel [9], polimer ısı eğiştiricisinin kompakt plakalarınaki amla yoğuşmasına meyana gelen sıcaklık farklarını kızılötesi sıcaklık kayeicilerle çalışmışlarır Ele eilen sonuçlarla yoğuşmaaki ısıl irençler belirlenmiştir Çalışmaa, yoğuşmaaki ısıl irenci azaltan karışım ve konveksiyon bulunmuştur Izumi v [10], amla yoğuşmaaki ısı transferini etkileyen üşen amlaların avranışlarını incelemişlerir Küçük bir bölgee geniş bir şekile ve sıklıkla üşen amlaların amla yoğuşmaaki ısı transferini arttırığı görülmüştür Yuvarlak bir şekile kesilen oluklar üzerineki amla yoğuşmanın ısı transfer karakteristikleri araştırılmıştır Buhar, aşağı oğru hareket eerken, yüzey üzerine olukta yoğuştuğuna, üşen amlaların yüzey sıcaklığı ve ısı akıları ölçülmüştür Cheng v [11] yaptıkları çalışmaa, paslanmaz çelik, pirinç, Ni kaplı çelik ve iyon kaplı pirinç tüp emetlerinin vakum şartlarına ısı transfer hızına olan etkilerini incelemişlerir Sonuç olarak, amla yoğuşmaa iyon kaplı tüplerin ısı transfer özellikleri bakımınan aha etkin bir sonuç veriğini belirlemişlerir Bu çalışmaa, bir yoğuşma eney cihazı üzerine farklı iki akışkanın film ve amla yoğuşması sırasına yüzey ısı transfer katsayısı, ısı akısı ve ısı transfer hızlarının sıcaklık farkına göre eğişimleri incelenmiştir Deneysel olarak ele eilen verilere göre hesap yapılarak sonuçlar tablolar ve iyagramlar haline sunulmuştur 2 YÖNTEM Çalışmaa kullanılan eney cihazının şematik görünümü Şekil 1 e gösterilmekteir Şekilen e görülüğü üzere, bir ısıtıcı eleman akışkana t 1 sıcaklığına kaar ısı vermekteir Oluşan buhar, buhar çemberinen geçerek film yoğuşmalı konenser ve amla yoğuşmalı konensere ulaşmaktaır Buhar çemberinin oluğu kapalı bölgenin basıncını sabit tutabilmek amacıyla bir basınç ayar valfi bulunmaktaır Ayrıca oluşan buhar, önce soğutucuya, aha sonra seperatöre girmekteir Seperatöre hava ile akışkan ayrışmaktaır Ayrışan akışkan sisteme geri kazanırılmaktaır Bir su jeti vakum pompası evamlı çalışarak, seperatörün akışkan ve buhar olarak ayrıştırmış oluğu buharı alarak hava çıkış valfine iletmekte ve havayı a atmosfere atmaktaır Debi kontrolü su sayaçları üzerineki vanalar ve ana kontrol valfi yarımıyla yapılmaktaır Böylece, konensere soğutma amacıyla giren suyun ebisini ayarlayabilmek mümkünür Şekilen e anlaşılacağı gibi, t 3 ve t 6 sıcaklıkları konenserin soğutulması için gerekli olan suyun giriş sıcaklıklarıır Deney üzeneği şebeke suyu ile beslenmekte oluğunan bu sıcaklıklar şebeke suyu sıcaklığına eşit olacaktır t 1 sıcaklığı kaynamakta olan akışkanın sıcaklığıır Bu eğer, mutlak basınca göre eğişebilmekteir t 2 ve t 5 sırasıyla, amla ve film yoğuşmanın oluştuğu konenserin yüzey sıcaklıklarıır t 4 ve t 7 sırasıyla, amla ve film yoğuşmanın oluştuğu konenserin ısısını veriği besleme suyunun çıkış sıcaklıklarıır Konenserlere kullanılan su, kaynayan akışkan buharının yoğuşturulmasınan sonra sistemen tahliye eilmekteir Basınç göstergeci ise buhar çemberinin bulunuğu kapalı oacığın basıncını vermekteir Tablolara bahseilen buhar basıncı yoğuşma oasınaki efektif basınçtır Switch Isıcıtı Su Jeti Şekil 1 Yoğuşma Deney Cihazının Şematik Gösterimi [12] Basınç Ölçer Debi Ölçer 3 KULLANILAN ISI TRANSFER DENKLEMLERİ Damla ve film yoğuşmalı konenserin eneysel verileri kullanılarak aşağıaki hesaplamalar yapılmıştır Hesaplamalara EES (Engineering Equation Solver) program kullanılmıştır Damla ve film yoğuşmalı konenserlere konensere soğutma amaçlı giren suyun enerjisineki artış (ısı transfer hızı), = mc t t ( ) p 4 3 enklemi ile bulunabilir Buraa m, soğutma suyunun kütlesel ebisi, c p e suyun özgül ısısıır (4185 kj/kgk) Konenserlereki ısı akısı ise (2) = A enklemi ile bulunabilir Buraa A, konenserlerin ısı transfer yüzey alanıır Her iki konenser e ış çapı 12,7 mm, uzunluğu 90 mm ve ciar kalınlığı 0,71 mm olan tüpler şeklineir Bu eğerlere göre, konenser yüzey alanı m 2 ir Saece yoğuşmanın tipine göre bu konenserlerin malzeme- Emniyet Valfi Damla Akışlı Konenser Basınç Boşaltıcı Film Akışlı Konenser Isıtıcı Soğutucu Dolurma Boşaltma Separatör (1) Mühenis ve Makina Mühenis ve Makina 51

3 leri farklıır Bu çalışmaa eneye ele eilen verilere göre, yüzey ısı taşınım katsayısı ise q h = t şekline hesaplanır Buraa Δt, akışkan buharı ile konenser yüzeyi arasınaki sıcaklık farkıır Konenser ciarınaki sıcaklık üşüşü için üzeltme faktörü ise t t ka k formülünen hesaplanır Buraa (5) nolu enklemeki Δt ise boru ciarınaki sıcaklık üşüşüür k, konenserlerin ısı iletim katsayısı olup, film ve amla yoğuşma için ayrı ayrı alınacaktır Bu eney setine film yoğuşmalı konenser malzemesi bakır, amla yoğuşmalı konenser malzemesi ise altın kaplamaır Buna göre, film yoğuşmalı konenser için δ, ciar kalınlığı (0,71 mm); k, bakır için ısıl iletkenlik katsayısı (401 W/mK) alınarak üzeltilmiş buhar yüzey sıcaklık farkı t = 1,7710 olarak hesaplanır Aynı şekile amla akışlı konenser için ise δ, ciar kalınlığı (0,71 mm); k, altın kaplama için ısıl iletkenlik katsayısı (318 W/mK) [13] alınarak üzeltilmiş buhar yüzey sıcaklık farkı t = 2,2310 olarak hesaplanır Düzeltilmiş buhar yüzey sıcaklık farklarına göre, yüzey ile buhar arasınaki sıcaklık farkı amla akış için, t =t 1 - t 2 - t (6) Film akış için ise t =t 1 - t 5 - t (7) şekline üzenlenmekte ve (3) nolu enkleme yerine yazılarak eneysel olarak yüzey ısı taşınım katsayısı hesaplanmaktaır Yukarıa verilen enklemlere göre hesaplanan sonuçlar tablolara verilmiştir Bu çalışmaa, amla akışlı konenseren farklı olarak film akışlı konenser için yüzey ısı taşınım katsayısı teorik olarak a hesaplanmış ve sonuçlar eneysel sonuçlarla kıyaslanmıştır Film akışlı konenser için ortalama yüzey ısı transfer (ısı taşınım) katsayısı teorik olarak aşağıaki formüle göre hesaplanmıştır [14] Tablo 1 Saf Alkol İçin Sıcaklık Farkına (Δt) Göre Hesaplanan Deneysel ve Teorik h Değerleri (3) (4) (5) Denklem 8, L uzunluklu üşey üz bir plaka üzerine laminar film yoğuşma için ortalama ısı transfer katsayısını veren ifaeir Yapılan eney setine üşey boruların boru çapı sıvı film kalınlığına göre büyük oluğu için, boru ış yüzeylerine laminar film yoğuşma için e bu enklem kullanılabilir Buraa k f, kaynamakta olan akışkanın ısı iletim katsayısı; ρ f, oymuş sıvı yoğunluğu; ρ g, oymuş gaz yoğunluğu; h fg, oymamış sıvının entalpisi; g, yerçekimi ivmesi; L, konenser uzunluğu; µ f, inamik viskozite; t buhar, kaynayan sıvının oyma sıcaklığı; t yüzey, konenser yüzey sıcaklığıır 4 SONUÇLAR VE TARTIŞMA Saf su ve saf alkol için yapılan eneyleren ele eilen sonuçlar film ve amla akışlı yoğuşma için Tablo 1 a gösterilmekteir Tablolara verilen sonuçlara göre, ısı akısının ve ısı taşınım katsayısının yüzey-buhar sıcaklık farkına göre eğişimleri iyagramlar haline gösterilmekteir Şekil 2 ve Şekil 3 te, saf su için ısı akısının sıcaklık farkına göre eğişimi sırasıyla, film ve amla yoğuşma için verilmiştir Film ve amla yoğuşma için sıcaklık farkı 4-18 C arasına eğişmekteir Şekilleren e görüleceği üzere, sıcaklık farkı arttıkça, saf suyun ısı akısı her iki urum için e artmaktaır Şekil 4 ve Şekil 5 te, saf alkol için ısı akısının sıcaklık farkına göre eğişimi film ve amla akış için sırasıyla gösterilmekteir Alkol için yapılan eneylere sıcaklık farkı C arasına eğişmekteir Saf suya göre sıcaklık farkı eğerleri aha büyüktür Şekil 4 te, saf alkol için ısı akısının sıcaklık farkına göre eğişimi film akış için artan yöne lineer bir eğişim göstermekteir Şekil 5 te ise bu eğişim, amla akış için farklılık göstermekteir Başlangıçta, film akışına göre aha büyük bir ısı akısına sahip olan saf alkol, belli bir sıcaklık farkına kaar üşmekte, aha sonra artışa geçmekteir Saf alkol için film ve amla akışta aynı ısı akısı eğerine getiren sıcaklık farkı eğeri film akışta aha küçüktür Saf su için film ve amla akışa göre ısı taşınım katsayısının sıcaklık farkına göre eğişimi Şekil 6 ve Şekil 7 e gösterilmekteir Şekil 6 a görülüğü üzere, sıcaklık farkı arttıkça, Saf Alkol (Film Şekline Yoğuşma) Deneysel Yüzey Isı Transfer Katsayısı (kw/m 2 K) 1,732 2,14 2,337 2,705 2,864 2,718 2,544 2,653 Sıcaklık Farkı, (Δt) (K) 16,6 19,920 22,510 24,080 25,470 27,470 29,570 30,360 Teorik Yüzey Isı Transfer Katsayısı (kw/m 2 K) 55 1,959 1,895 1,861 1,832 1,795 1,759 1,746 h ort 3 kf ρ f( ρ f ρg) hf gg fg = 0,943 Lµ f ( tbuhar tyüzey ) 1/4 (8) Tablo 2 Saf Su İçin Sıcaklık Farkına (Δt) Göre Hesaplanan Deneysel ve Teorik h Değerleri Saf Su (Film Şekline Yoğuşma) Yüzey Isı Transfer Katsayısı (kw/m 2 K) 12,33 13,25 12,59 14,14 13,55 13,68 12,6 11,72 Sıcaklık farkı, (Δt) (K) 4,991 7,817 10,86 12,1 14,06 15,04 16,34 17,83 Teorik Yüzey Isı Transfer Katsayısı (kw/m 2 K) 13,85 12,32 11,33 10,97 10,54 10,35 10,12 9,881 Tablo 3 Saf Alkol İçin Damla Akış Durumuna Deneysel Veriler ve Hesap Sonuçları Saf Alkol (Damla Şekline Yoğuşma) ( C) Yüzey Sıcaklığı, t 2 ( C) 46 41,9 39,1 35,8 34,2 32,7 31,4 30,2 Su Giriş Sıcaklığı, t 3 ( C) 12,8 12,7 12, ,3 13,6 13,7 13,3 Su Çıkış Sıcaklığı, t 4 ( C) 24,6 17,6 16, ,2 16, ,3 Su Geçiş Debisi, m (g/s) Isı Transfer Yüzey Alanı, A (m 2 ) ,1975 0,1435 0,1465 0,1883 0,2427 0,272 0,2888 0,293 Isı Akısı, (kw/m 2 ) 53,39 38,8 39,59,9 65,6 73,52 78,04 79,18 Düzeltilmiş Buhar-Yüzey Sıcaklık Farkı, Δ Ä t =2,2310 (K) 0,1191 0,0865 0, ,1135 0,1463 0,164 0,174 0,1766 Sıcaklık Farkı, Δt (K) 25,88 30,01 32,81 36,09 37,65 39,14 40,43 41,62 Yüzey Isı Transfer Katsayısı, h (kw/m 2 K) 63 1,293 1,207 1,41 1,742 1,879 1,931 1,902 Tablo 4 Saf Alkol İçin Film Akış Durumuna Deneysel Veriler ve Hesap Sonuçları Saf Alkol (Film Şekline Yoğuşma) ( C) Yüzey Sıcaklığı, t 5 ( C) 55, ,4 47,8 46,4 44,4 42,3 41,5 Su Giriş Sıcaklığı, t 6 ( C) 15 14,8 14,6 14,2 14,2 14,2 14,1 14 Su çıkış Sıcaklığı, t 7 ( C) 40,5 34,3 30,1 28,6 27,1 25,2 23,6 22,9 Su Geçiş Debisi, m (g/s) Isı Transfer Yüzey Alanı, A (m 2 ) Isı transfer hızı, Q (kw) Isı akısı, (kw/m 2 ) 0,1067 0,1632 0,1946 0,2411 0,2699 0,2762 0,2783 0,298 28,84 44,11 52,6 65,15 72,95 74,65 75,22 80,53 Düzeltilmiş Buhar-Yüzey Sıcaklık Farkı, Δ Ä t =1,7710 (K) 0, , , ,1153 0,1291 0,1321 0,1331 0,1425 Sıcaklık Farkı, Δt (K) 16,65 19,92 22,51 24,08 25,47 27,47 29,57 30,36 Yüzey Isı Transfer Katsayısı, h (kw/m 2 K) 1,732 2,214 2,337 2,705 2,864 2,718 2,544 2, Mühenis ve Makina Mühenis ve Makina 53

4 Tablo 5 Saf Su İçin Damla Akış Durumuna Deneysel Veriler ve Hesap Sonuçları Saf Su (Damla şekline yoğuşma) ( C) Yüzey Sıcaklığı, t 2 ( C) 92 90,8 89,2 86,8 86,4 84, Su Giriş Sıcaklığı, t 3 ( C) 13,9 13,7 13,2 13,6 13,4 13, ,9 Su Çıkış Sıcaklığı, t 4 ( C) 45 34,5 30,9 26,8 26,3 24, ,4 Su Geçiş Debisi, m (g/s) Isı Transfer Yüzey Alanı, A (m 2 ) ,5206 0,6093 0,7407 0,8286 1,08 1,109 1,256 1,245 Isı Akısı, (kw/m 2 ) 140,7 164,7 200, ,8 299,7 339,3 336,5 Düzeltilmiş Buhar-Yüzey Sıcaklık Farkı, Δ Ä t =2,2310 (K) 0,3138 0,3672 0,4464 0,4994 0,68 0,6684 0,7567 0,74 Sıcaklık Farkı, Δt (K) 4,686 5,833 7,354 9,701 9,949 11,53 12,24 13,25 Yüzey Isı Transfer Katsayısı, h (kw/m 2 K) 30,03 28,23 27,23 23,09 29,33 25,99 27,72 25,4 Tablo 6 Saf Su İçin Film Akış Durumuna Deneysel Veriler ve Hesap Sonuçları Saf Su (Film Şekline Yoğuşma) ( C) Yüzey Sıcaklığı, t 5 ( C) 91, ,9 84,6 82,6 81,6 80,3 78,8 Su Giriş Sıcaklığı, t 6 ( C) 14,4 14,4 14,1 13,7 13,9 14,2 14,4 14,6 Su Çıkış Sıcaklığı, t 7 ( C) 68,8 60,2 54,4 51,5 47,6 44,5 40,4 37,7 Su Geçiş Debisi, m (g/s) Isı Transfer Yüzey Alanı, A (m 2 ) ,2277 0,3833 0,6 0,6328 0,7052 0,7608 0,7617 0,7734 Isı Akısı, (kw/m 2 ) 61,53 103,6 136, ,6 205,6 205,9 209 Düzeltilmiş Buhar-Yüzey Sıcaklık Farkı, Δ Ä t =1,7710 (K) 0,1089 0,1834 0,242 0,3027 0,3373 0,364 0,3644 0,37 Sıcaklık Farkı, Δt (K) 4,991 7,817 10,86 12,1 14,06 15,04 16,34 17,83 Yüzey Isı Transfer Katsayısı, h (kw/m 2 K) 12,33 13,25 12,59 14,14 13,55 13,68 12,6 11, Şekil 2 Saf Su İçin Isı Akısının Sıcaklık Farkına Göre Değişimi (Film Yoğuşma) Saf Su (Damla) Şekil 3 Saf Su İçin Isı Akısının Sıcaklık Farkına Göre Değişimi (Damla Yoğuşma) Şekil 4 Saf Alkol İçin Isı Akısının Sıcaklık Farkına Göre Değişimi (Film Yoğuşma) ısı taşınım katsayısına artış, belirli bir eğeren sonra üşüş görülmekteir Şekil 7 e ise sıcaklık farkının artışıyla ısı taşınım katsayısının sabit eğerlere oğru yaklaştığı görülmekteir Şekil 6 ve Şekil 7 e, amla akış için aha yüksek ısı taşınım katsayısı eğerlerinin ele eiliği görülmekteir Saf Alkol (Damla) Şekil 5 Saf Alkol İçin Isı Akısının Sıcaklık Farkına Göre Değişimi (Damla Yoğuşma) 14,5 14,0 13,5 13,0 12,5 1 11, Şekil 6 Saf Su İçin Isı Taşınım Katsayısının Sıcaklık Farkına Göre Değişimi (Film Yoğuşma) Saf Su (Damla) SICAKLIK FARKI, ) Şekil 7 Saf Su İçin Isı Taşınım Katsayısının Sıcaklık Farkına Göre Değişimi (Damla Yoğuşma) Şekil 8 ve Şekil 9 a, saf alkol için ısı taşınım katsayısının sıcaklık farkına göre eğişimi sırasıyla, film ve amla yoğuşma için gösterilmekteir Film yoğuşmaa ısı taşınım katsayısının 54 Mühenis ve Makina Mühenis ve Makina 55

5 2,2 1,8 1,6 1,4 1,2 Saf Alkol (Damla) 1, Şekil 8 Saf Alkol İçin Isı Taşınım Katsayısının Sıcaklık Farkına Göre Değişimi (Damla Yoğuşma) 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 1,8 1, Şekil 9 Saf Alkol İçin Isı Taşınım Katsayısının Sıcaklık Farkına Göre Değişimi (Film Yoğuşma) 4,0 3,5 3,0 2,5 1,5 Teorik Deneysel 1, Şekil 10 Saf Alkol İçin Isı Taşınım Katsayısının Deneysel ve Nusselt Teorisine Göre Değişimi (Film Yoğuşma) amla yoğuşmaya göre aha yüksek oluğu görülmekteir Bunun neeninin, eneylere kullanılan tüp malzemelerinin ve Teorik Deneysel Şekil 11 Saf Su İçin Isı Taşınım Katsayısının Deneysel ve Nusselt Teorisine Göre Değişimi (Film Yoğuşma) kullanılan akışkanın cinsinen olayı oluğu üşünülmekteir Şekil 10 ve Şekil 11 e, saf alkol ve saf su için film şeklineki yoğuşmaa, eneysel sonuçlarla ve Nusselt teorisine göre ele eilen ısı taşınım katsayıları arasınaki kıyaslama gösterilmekteir Vemurive Kim [15] yaptıkları çalışmaa, yoğuşmaa ısı transfer hızını artırmak ve amla yoğuşmayı aha çok teşvik etmek için farklı yüzey kaplama tekniklerini incelemişlerir Sonuç olarak, yapılan eneylere bakır alaşım (%999 Cu, %01 P) üzerine n-octaecyl yüzey kaplama üzerineki amla yoğuşmanın mükemmel oluğunu ve stearicaci yüzey kaplamaa ise saece 10 saat sürekli amla yoğuşma oluğunu gözlemlemişlerir Ayrıca eneylere göre ele eilen taşınım ısı transfer katsayısı eğerinin, Nusselt moelinen ele eilen taşınım ısı katsayısınan aha iyi sonuçlar veriğini grafikler haline göstermişlerir Yun v [16], R134a soğutucu akışkanının farklı oyma sıcaklıklarına yatay tüplere film yoğuşmasını incelemişlerir Test yapılan kalaylı bakır tüpün yoğuşma ısı transfer katsayısı eğerlerinin, sırasıyla 20 C ve 30 C'eki oyma sıcaklıklarına Nusselt analiziyle ele eilen eğerleren %20 ve %18 aha küçük oluğunu grafikler haline göstermişlerir Bu çalışmaa ise film akışta, saf alkol ve saf su için eneysel ve teorik olarak ısı taşınım katsayısı hesaplanmıştır Şekil 10 ve Şekil 11 en e görülüğü üzere, her iki uruma a eneylere göre ele eilen taşınım ısı transfer katsayısı eğerlerinin Nusselt bağıntısıyla hesaplanan eğerleren aha iyi oluğu görülmüştür 5 SONUÇ Deneylerin tümü, saf alkol ve saf su için film ve amla şeklineki yoğuşmaa ısı taşınım katsayısı ve ısı akısının eğişimini incelemek üzere yapılmıştır Film akış için eneysel olarak hesaplanan ısı akısı ve ısı taşınım katsayısı literatüre yaygın olarak kullanılan Nusselt bağıntısıyla hesaplanmıştır Bu çalışmaa, sonuçlaran a görülüğü üzere, saf su film akış için olan ısı akısı eğeri yine saf su amla akış için olan ısı akısı eğerinen aha az eğere sahiptir Aynı şekile, saf su için film ve amla akışa göre eneysel olarak ölçülen sonuçlaran ele eilen ve hesaplanan ısı taşınım katsayısı eğerlerine bakılırsa, amla akıştaki eğerlerin aha yüksek oluğu görülmekteir Bu urum, literatür bilgilerini e oğrulamaktaır Deneyin literatüre karşılaşılmayan bir akışkan olan saf alkol ile yapılması urumuna, film ve amla akış için hesaplanan ısı akısının sıcaklık farkına göre eğişimi Şekil 4 ve Şekil 5 te gösterilmiştir Aynı şekile, saf alkol için film ve amla akışa göre eneysel olarak ölçülen sonuçlaran ele eilen ve hesaplanan ısı taşınım katsayısı eğerlerine bakılırsa, film akışta sıcaklık farkına göre önce artış göstermekte, belirli bir eğeren sonra azalmaya başlamaktaır Damla akışta ise ısı taşınım katsayısı, belirli bir sıcaklık farkına kaar azalmakta, aha sonra yükselmekteir Saf alkol için film akışlı yoğuşmaa amla yoğuşmaya göre aha yüksek ısı taşınım katsayısı eğerleri ele eilmiştir Saf su için ise amla yoğuşmaa film yoğuşmaya göre aha yüksek ısı taşınım katsayısı eğerleri ele eilmiştir Q m c p Isı transfer hızı (kw) Kütlesel ebi (g/s) Özgül ısı (kj/kgk) SEMBOLLER Isı akısı (kw/m 2 ) t Sıcaklık farkı (K) h Yüzey ısı transfer katsayısı (kw/m 2 K) δ Ciar kalınlığı (mm) k Isı iletim katsayısı (W/mK) t Sıcaklık (K) ρ Yoğunluk (kg/m 3 ) h fg Doymamış sıvının entalpisi (kj/kg) g Yerçekimi ivmesi (m/s 2 ) L Boru uzunluğu (m) µ Dinamik viskozite (Ns/m 2 ) P Basınç (kpa) Alt İnisler Düzeltilmiş ort Ortalama f Doymuş sıvı g Doymuş buhar 1 Doyma 2,5 Yüzey 3,6 Su girişi 4,7 Su çıkışı KAYNAKÇA 1 son erişim tarihi: Koch, G, Kraft, K, Leipertz, A 1998 Parameter Stuy on the Performance of Dropwise Conensation, Rev Gen Therm, vol 37, p Kananeh, A B, Rausch, M H, Fröba, A P, Leipertz, A 2006 Experimental Stuy of Dropwise Conensation on Plasma-Ion Implante Stainless Steel Tubes, International Journal of Heat an Mass Transfer, vol 49, p Rausch, M H, Fröba, A P, Leipertz, A 2008 Dropwise Conensation Heat Transfer on IonImplante Aluminum Surface, International Journal of Heat an Mass Transfer, vol 51, p Ma, X, Jan, Z, Xu, W, Wang, M, Wang, S 2012 Effect of Surface Free Energy Difference on Steam-Etanol Mixture Conensation Heat Transfer, International Journal of Heat an Mass Transfer, vol 55, p Wang, J, Yan, J, Hu, S, Liu, J 2009 Marangoni Conensation Heat Transfer of Water Ethanol Mixtures on a Vertical Surface with Temperature Graients, International Journal of Heat an Mass Transfer, vol 52, p Yun, R, Heo, J, Kim, Y 2006 Effect of Surface Roughness an Tube Materials on the Filmwise Conensation Heat Transfer Coefficient at Low Heat Transfer Rates, International Communications in Heat an Mass Transfer, vol 33, p Chen, Z, Utaka, Y 2011 Characteristics of Conensate Drop Movement with Application of Bulk Surface Temperature Graient in Marangoni Dropwise Conensation, International Journal of Heat an Mass Transfer, vol 54, p Ganzevles, F L A, van er Gel, C W M 2002 Temperatures an the Conensate Heat Resistance in Dropwise Conensation of Multicomponent Mixtures with Inert Gases, International Journal of Heat an Mass Transfer, vol 45, p Izumi, M, Kumagai, S, Shimaa, R, Yamakawa, N 2004 Heat Transfer Enhancement of Dropwise Conensation on a Vertical Surface with Roun Shape Grooves, Experimental Thermalan Flui Science, vol 28, p Cheng, S, Sun, F, Shi, Y 2012 Experimental Stuy of Conensation Heat Transfer Characteristics of Horizontal Tube Bunles in Vacuum States, Journal of Hyroynamics, vol 24, p son erişim tarihi: son erişim tarihi: Altınışık, K 2003 Uygulamalarla Isı Transferi, Nobel Yayın Dağıtım, İstanbul, s Vemuri, S, Kim, K J 2006 An Experimental an Theoretical Stuy on the Concept of Dropwise Conensation, International Journal of Heat an Mass Transfer, vol 49, p Yun, R, Heo, J, Kim, Y 2009 Film Conensation Heat Transfer Characteristics of R134a on Horizontal Stainless- Stell İntegral-Fin Tubes at Low Transfer Rate, International Journal of Refrigeration, vol 32, p Mühenis ve Makina Mühenis ve Makina 57