SOĞUTKANLAR İÇİN ÇEŞİTLİ ÇİFT FAZLI AKIŞ KAYNAMA ISI TRANSFERİ DENKLEMLERİNİN MODELLENMESİ VE KARŞILAŞTIRILMASI

Transkript

1 _ 1003 SOĞUTKANLAR İÇİN ÇEŞİTLİ ÇİFT FAZLI AKIŞ KAYNAMA ISI TRANSFERİ DENKLEMLERİNİN MODELLENMESİ VE KARŞILAŞTIRILMASI Mustafa Turan ÇOBAN Oğuz Emra TURGUT ÖZET Günümüzde değişik aternatif soğutucu akışkanar (soğutkanar) soğutma sistemerinde kuanımaktadır. Çift fazı akış ve ısı transferi denkemeri geneike teorik ve deneyse çaışmaarın sonucu oduğundan yeni soğutkanarda bu denkemerin doğruukarının irdeenmesi ve er soğutucu akışkan için en doğru bir kaynama modeinin seçimesi gerekmektedir. Bu çaışmada kaynamaı ısı transferi denkemerinin karşıaştırıması yapımıştır. Dikey ve yatay boruardaki çift fazı akış inceenmiş, çeşiti ısı transferi denkemeri matab ortamında modeenerek, bu denkemer kendi araarında karşıaştırıarak doğruukarı irdeenmiştir. Test soğutkanarı oarak Dikey boruar için R717(NH 3 ), R600(Bütan), R290(Propan), Yatay boruar için R404A ve R407C seçimiştir. Anatar Keimeer: Soğutkan, Sa koreasyonu, Steiner - Taborek Koreasyonu, Kaynama, Çift Faz ABSTRACT A variety of refrigerants are utiised in refrigeration systems. Two pase fow and eat transfer equations are usuay experimenta, terefore vaidity of te equations soud be cecked out for tis new refrigerants and and a proper eat transfer mode soud be cose for eac new refrigerant.in tis study, boiing eat transfer correations are compared wit eac oter. Two pase fow (boiing) is investigated for orizonta and vertica pipes. In order to acive tat eat transfer correations are modeed in Matab environment and resuts are compared wit eac oter and experimenta resuts avaiabe. As test refrigerants in tis paper R717(NH 3 ), R600(Butane) and R290(Propane) are used for vertica tubes and R404A and R407C are used for orizonta tubes Key Words: Cen, Kandikar, Two-pase, Kattan-Tome-Favrat, Convective Boiing 1. GİRİŞ Bir boru içinde meydana geen akışı kaynama ısı transferi katsayısı tp T du var q T doy (1) eşitiği ie gösteriir. Burada çift fazı ısı transferi kaynama ısı transferi katsayısı ( tp ), konvektif kaynama ( cb ) ve çekirdeki kaynama denkemerinin ( nb ) bireşiminden ortaya çıkar. Çekirdeki kaynama denkemi, çekirdeki avuz kaynama denkemerine benzer özeik gösterir. Konvektif Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

2 _ 1004 kaynama ise boru içi akışardaki taşınım denkemerinden türetimiştir. Bu iki ısı transferi katsayısı güç yasasına göre bireşerek, n n [( ) ( ) ] tp nb cb 1/ n (2) eşitiğini ouşturur [1]. Şeki 1 de güç yasasının ouşumu gösterimiştir. Küte akısı, buar kaitesi ve indirgenmiş basınç sabit tutumuş ve konvektif ısı transferi katsayısının çift fazı kaynamada çok az etkisinin oduğu öngörümüştür. Cen[2] bu mode için n=1 değerini önerdi ve nb katsayısının başına sıkıştırma faktörü katsayısını, cb katsayısına da çift faz çarpanı getirierek ik güç yasasını denkemini ouşturdu. Kutateadze [3] n=2 değeriye birikte asimptotik modei önerdi. Bu modede konvektif ve çekirdeki kaynamadan angisi daa büyükse o çift fazı kaynama ısı transferi katsayısı değerini aacaktı. Steiner ve Taborek [1] n=3 ve Sa [4]n= değerini önerdi. Şeki 1. Steiner ve Taborek (1992) Güç Yasası Şematiği[1] 2. DİKEY TÜPLERDE AKIŞLI KAYNAMA Bu kaynama şekinde konveksiyon ya direk geneşmei buaraştırıcıardaki gibi dış etkierce ya da termosifondaki gibi doğa oarak ouşturuur. Yüksek buar kaiteerinde ve kütese ızarda akış rejimi akasadır fakat düşük akış rejimerinde, buar kaiteerinde ve boru çeperi sıcakıkarında baoncukanma ouşur. Bu oay sonucunda çekirdeki kaynama meydana geir. Bazı sınır buar kaiteerinde ise boru etrafındaki bu akasa sıvı fimi kurur ve bununa birikte ısı transferi zoraşır. Ouşan bu bögeye Kuruma sonrası böge adı veriir. Çekirdeki kaynamada ısı transferi ısı akısının fonksiyonuyken, konvektif kaynamada akışkanın buar kaitesine ve kütese ızına bağıdır. Geneike konvektif kaynama koreasyonarı Dittus-Boeter(1930) Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

3 _ 1005 denkeminin değişik uyaramaarı oarak önerimektedir. Çift fazı akışı kaynama koreasyonarı aşağıda tanıtıacak ve değişik akışkanara test ediecektir. 2.1 Cen Koreasyonu Cen[2],[5] dikey tüper için ouşturumuş ik akışı kaynama koreasyonunu önerdi. Cen in denkeminde akışı kaynama ısı transferi katsayısı ( tp ), konvektif kaynama ( cb ) ve çekirdeki kaynamanın ( nb ) bieşimi oarak. tp cb nb 3) Cen boru çepererinde meydana geen baoncukanmanın, FZ katsayısı ve ona etkiyen sıkıştırma faktörü (S) ie karakterize ediebieceğini önerdi. Türbuansı akışar için ouşturuan Dittus-Boeter (1930) denkemi, sıvı fazı konvektif kaynama katsayısının ( ) ouşturumasında kuanımış ve çift faz çarpanının(f) buna ekenmesiye birikte denkem tp FZ S F (4) aini amıştır. Burada k c p FZ Tdoy pdoy g g (5) k 0.023Re Pr di (6) ie karakterize edimiştir. Sıvı Reynods ve Prandt sayısı Re m(1 x) d i (7) Pr c p (8) k denkemeri ie tanımanmıştır. Çift faz çarpanı (F) ve Martinei parametresi (X tt ) F X (9) tt X tt x g x g 0.1 (10) ie tanımanmıştır fakat 1/X tt < 0.1 iken çift faz çarpanının (F) değeri 1.0 dir. Sıkıştırma faktörü (S) ve çift fazı Reynods sayısı (Re tp ) ise Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

4 1 S Re tp 1.17 _ 1006 (11) Re tp Re F 1.25 şekindedir. Koreasyondaki sıvı datası su (0.55 ie 34.8 bar arası), metano, n-pentan, n-eptan ve benzenden ouşmaktadır. (12) 2.2 Sa Koreasyonu Dikey tüperde akışı kaynama için ouşturuan ikinci koreasyon Sa[4] tarafından ouşturudu. Sa a göre de çift fazı akışı kaynama çekirdeki ve kaynamadan ouşmaktadır. Bu metot konvektif ve çekirdeki kaynama ısı transferi katsayısı değererinden büyük oanını akışı kaynama ısı transferi katsayısı seçiecektir. Yatay ve dikey tüper için uyguanabien bu metot boyutsuz parametre N ve sıvı Froude sayısı (Fr ) değererinin buunmasıya ouşturumaya başanır. N=C o (13) iken C o ise C o x g x 0.5 (14) ie tanımanmıştır. Eyemsizik kuvveteri ie yerçekimi kuvveterinin bir oranı oarak biinen sıvı Froude sayısı Fr 2 m (15) gd 2 i şekindedir. Koreasyona konveksiyon etkierini ekemek için (6) ve (7) kuanıır ve bununa birikte konvektif kaynama cb 1.8 N 0.8 (16) aini aır. Kaynamadaki ısı akısı etkisi Boiing sayısı (Bo) ie tanımanır ve Bo q m g (17) boyutsuz sayısına dönüşür. Bu değer gerçek ısı akısının maksimum ısı akısına oranıdır ve N boyutsuz parametresiye birikte çekirdeki kaynama ( nb ) katsayısının esapanmasında kuanıır. Burada N>1.0 ve Bo> oduğunda nb Bo (18) N>1.0 ve Bo< oduğunda Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

5 _ 1007 nb 1 46Bo 0.5 (19) 1.0>N>0.1 durumunda nb FBo 0.5 exp( 2.74N 0.1) s (20) N<0.1 şartında ise nb FBo 0.5 exp(2.74n 0.15) s (21) denkemeriye çekirdeki kaynama katsayısı buunacaktır. Burada Sa sabiti Bo> iken F s =14.7 (22) Bo< iken F s =15.43 (23) şekinde esapanmıştır. nb ve cb değererinden büyük oanı tp oarak kuanıır 2.3 Gungor - Winterton Koreasyonu Cen[2] modeinin bir başka versiyonu oan Gungor - Winterton[6] koreasyonu su, soğutucu akışkanar(r-11, R-12, R-22, R-113 ve R-114) ve etien giko verierinin ee aınmasıya ouşturumuştur. Denkem kısaca tp E Snb (24) gibi tanımanır. katsayısı (6) ve (7) denkemerinden, çekirdeki kaynama katsayısı ( nb ) ise p n p M q (25) nb r r denkemiye esapanır. Çift fazı konveksiyon çarpanı (E) E Bo 1.37(1/ X ) (26) tt şekinde esapanır. Sıvı Reynods sayısı (Re ) (7) ie ve sıkıştırma faktörü (S) ise S ( E Re ) (27) denkemiye buunur. 2.4 Kandikar Koreasyonu Kandikar[7] koreasyonu da akışı kaynamanın çekirdeki kaynama ie konvektif kaynama denkemerinin katkısıya meydana gediğini öngörmektedir. Burada da iki sayısa değerden (cb ve nb ) büyük oanı çift fazı akışı kaynama ısı transferi ( tp ) oarak değerendiriecekti. Çekirdeki kaynama ısı transferi katsayısı Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

6 _ 1008 tp x (1 x) f2 ( Fr) 1058 Bo (1 x) F (28) f v şekinde ve konvektif kaynama ısı transferi katsayısı ise 0.45 tp x (1 x) f2( Fr) (1 ) v Bo x F ie esapanır. Tek fazı ısı transferi katsayısı ( ) Gnieinski[8] denkemiye karakterize ediir. f (29) 0.5 Pr 2000 ve 10 4 Re 5x10 6 koşuarında Re Pr ( f / 2)( k / d ) (Pr 1)( / 2) i 2/3 0.5 f (30) 0.5 Pr 2000 and 2300 Re 10 4 koşuarında ise (Re 1000) Pr ( f / 2)( k / d ) 112.7(Pr 1)( i 2/3 0.5 f / 2) (31) gibi tanımanır. Sıvı Reynods sayısı Re (7) ve sürtünme faktörü ( f ) ise f n(Re ) 3.28 (32) denkemeriye buunur. F f katsayıar ı için aşağıdaki taboar kuanıabiir. Tabo 1. Kandikar katsayıarı[7] Akışkan F f Su 1.00 R R R R R R 134a 1.63 R 152a 1.10 R 32/R 132(60 to 40% wt) 3.30 Kerosen Pasanmaz çeiki boruara 1.0 tüm akışkanar 2.5 Caddock -- Brunemann Koreasyonu Kaynama boyutsuz sayısı(bo), Martinei sayısı (X tt ) ve Gnieinski denkemi temei bu koreasyon tp 1.91 Bo10 1.5(1/ 4 0 X tt ) (33) şekindedir. Konvektif ısı transferi katsayısı ( ) (30) ve (31) ie buunur. Sürtünme faktörünü bumak için ise (32) kuanıabiir. Kaynama numarası (Bo) (17) ie Martinei parametresi (X tt ) ise (10) yardımıya esapanır. Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

7 _ Bennett ve Cen Koreasyonu Bennet ve Cen[9], Cen[2] denkemini geiştirdi. Martinei parametresi (X tt ) ve sıvı Prandt sayısının (Pr ) fonksiyonu oarak konvektif faktörü (E) öneridi. Konvektif faktörün (E) bir fonksiyonu oarak da sıkıştırma faktörü (S) sunudu Pr 1 E (1 X tt ) Re S tan E (34) (35) Bu denkemerde Martinei parametresi (10), sıvı Reynods sayısı (Re ) (7) ve sıvı faz ısı transferi katsayısı Dittus-Boeter koreasyonu (6) ie esapanır. Çekirdeki kaynama katsayısı da (5) ie buunarak koreasyon tp nbs cb E (36) şekini aır. Bu koreasyon düşük basınçı buar ve idrokarbonarda doğru sonuçar verebimektedir. 2.7 Steiner ve Taborek Asimptotik Modei Steiner ve Taborek [1], akışı kaynama modei oarak kendi ouşturduğu asimptotik modei önerdi. Bu modee aşağıdaki kısıtamaarı getirdi. Çekirdeki kaynamanın başama sınırındaki ısı akıarında (q<q ONB ) konvektif kaynama etkiidir fakat çekirdeki kaynama etkieri başamamıştır. Büyük ısı akıarında çekirdeki kaynama etkisi baskındır. Çift fazı ısı transferi katsayısı ( tp ); q<q onb ve x=0 durumunda tek fazı sıvı ısı transferi katsayısına ( ) eşitken q>q onb ainde çekirdeki kaynama ısı transferi katsayısı ( nb ), tek fazı sıvı ısı transferi katsayısına ( ) ekenir. X=1.0 ainde çift fazı ısı transferi katsayısı ( tp ) tek fazı buar ısı transferi katsayısına ( g ) eşittir. A-B bögesi: Tek fazı konvektif ısı transferinden, kaynama atı tutuan bögedeki ısı transferine geçişi A noktasında gerçekeşir. Arkasından A ve B bögeeri arasında sıvı fazı konveksiyon q<q onb şartarı atında meydana geirken, q>q onb şartarı atında kaynama atı tutuan bögede kaynama meydana geir. Sıvı kaynama atı tutuduğunda, baoncukar aniden büyür ve duvar dibinde çöker. Bu oay ısı transferi değererini arttırır. B-C-D bögesi: Eğer q<q onb ise konvektif kaynama ortaya çıkarken q>q onb ainde em çekirdeki kaynama em de konvektif kaynama etkiidir. Şeki 2 de yatay kesiki çizgier çekirdeki kaynama katsayısını gösterirken devamı kaın çizgier çekirdeki kaynama ie konvektif kaynamanın birikte oan etkierini gösterir. Bu böge baoncuku ve çakaı akış rejimerini içerir. D-E-F bögesi: q<q onb ainde konvektif kaynama kuruma noktasına kadar geçeridir. Fakat q >q onb ainde ise türbüansı akasa bögeye karşıaşıır. Bu böge duvar çevresinde ouşan sıvı tabakası ve merkezdeki buar bögesiye karakterize ediir. Kritik buar kaitesine(x krit ) erişimesiye bu böge son buur. F- G bögesi: Kritik buar kaitesi aşıdığında adezyon kuvveteri tarafından kararsız ae getirien akışkan pusu akış bögesine geçer. Fakat Steiner-Taborek asimptotik modei tarafından bu bögedeki ısı transferi tamin ediemez[1]. Bundan doayı tek fazı buar ısı transferi koreasyonarının kuanıması bu böge için doğru our[1]. Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

8 _ 1010 Şeki 2. Dikey Tüper İçin Steiner Taborek Modei [1] Yukarıdaki önermeer ışığında, Steiner ve Taborek[1] asimptotik modei için n=3 kuvveti ie birikte 3 3 tp nb, ofnb ( Lt Ftp ) 1/3 (37) koreasyonunu önerdi. nb,o ; referans ısı akısında (q o ) ve 0.1 bar indirgenmiş basınçta oka çekirdeki kaynama ısı tranferi katsayısı oarak tanımanır. F nb çekirdeki kaynama düzetme katsayısıdır. Lt sıvı faz zoranmış taşınım ısı transferi katsayısıdır F tp ise akışkan ızının çift fazı akış üzerindeki etkisini arttıran çift faz çarpanıdır. Lt, (30) ve (31) ie esapanabiirken Reynods sayısı Re Lt mdi (38) şekinde esapanır. F tp konvektif kaynama için bir katsayı omaka birikte, x<x crit ve q > q onb ainde ya da q < q onb iken bütün x değereri için (x=0-1 arası) uygundur. x<x crit ve q > q onb durumu için ouşturuan F tp katsayısı Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

9 _ Ftp 1x 1.9x g eşitiğindeki gibidir (39) q<q onb ainde x= arası konvektif kaynama baskındır. x=1.0 iken çift fazı ısı transferi katsayısı ( tp ) tek fazı buar ısı transferi katsayısına ( G ) dönüşür. G nin esapanması (30), (31) ve (38) in buar termofizikse özeikerinin uyguanmasıya meydana geir. q<q onb ainde ise F tp Tabo 2. Steiner ve Taborek[1] in Geiştirmiş Oduğu Çekirdeki Kaynama Katsayıarı ( nb,o [W/m 2 K], q o [W/m 2 ], p krit [bar] ve M [kg/kmo] Cinsinden Hesapanmıştır) Akışkan p krit M q o nb,o Metan Etan Propan n-bütan n-pentan İzopentan n-hekzan n-heptan Sikoekzan Benzen Touen Difeni Metano Etano n-propano İzopropano n-bütano İzobütano Aseton R R R R-13B R R R R R R R-134a R-152a R R RC Akışkan p krit M q o nb,o R Korometan Tetrakorometan Tetraforometan Heyum I Hidrojen(para) Neon Nitrojen Argon Oksijen Su Amonyak Karbondioksit Süfürekzaforit Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

10 _ g Ftp 1 x 1.9 x (1 x) x (18(1 x) ) g g (40) ve çekirdeki kaynamanın başama ısı akısı (q onb ) q onb 2 TsatLt (41) r o g fg şekinde buunur. Burada r o kritik çekirdekenme yarıçapı oarak adandırıır ve değeri 0.3x10-6 m dir. Çekirdeki kaynama katsayısının ede edimesi diğer koreasyonar gibi değidir. Steiner ve Taborek kendi çekirdeki kaynama ısı transferi katsayıarını aşağıda beirtmiştir. F nb nf 0.4 q d R F i p pf qo d io R p, o F( M) (42) Çekirdeki kaynama düzetme faktörü ısı akısının, boru çapının, yüzey pürüzüüğünün ve moeküer ağırığının etkisi atındadır. Burada referans değereri R p,o =1μm, d io =0.01 m ve q o değereri Tabo 2 de gösteridiği gibidir.(42) deki basınç düzetme faktörü F pf ise F p pf r 7 r 1 pr şekinde çekirdeki kaynama kuvveti (nf) p (43) nf exp(1.75 p r ) (44) ve moeküer düzetme faktörü F(M) ise FM ( ) n( M) M denkemi ie esapanır. 2 (45) 3-YATAY TÜPLERDE AKIŞLI KAYNAMA Yerçekiminin etkisiye sıvı ve buar faz dağıımı asimetrik bir şekide meydana geir. Dikey boruardaki kaynamayı yatay boruardakinden ayıran en önemi ve en karmaşık fark boru gövdesinin araıkı ya da tamamen kuruması oasıığıdır. Hakasa akış bögesinde sıvı tabaka borunun at bögesinde daa yoğun oduğundan bu durum kuruuk bögesinin başadığını ve akış doğrutusunda devam ettiğini göstermektedir. Fakat dagaı akış bögesinde borunun üst kısmı dagaar tarafından ısatıırsa bu böge periyodik oarak kuru kaır ya da bu oay gerçekeşmezse tamamen kuru kaabiir. Bu dagaar boru çeperinde ince sıvı tabakaar meydana getirir ve bu bögeer bir daaki dagaya kadar buaraşıp ısı transferini meydana getirirer. Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

11 _ 1013 Şeki 3. Coier ve Tome[11] Tarafından Ouşturuan Yatay Boruar İçin Akış Rejimeri 3.1 Kattan-Tome-Favrat Akış Rejimi Bazı Buaraşma Modei Kesiniği en yüksek oan Kattan-Tome-Favrat[12] modei yere akış rejimerinin bir fonksiyonu oarak ouşturumuştur. Akış rejimi modei tam katmanı akış, katmanı dagaı akış, kesiki akış, akaı akış ve kısmi kuruuk içeren akaı akış rejimini içerir. Kesiki akış, doguu ve katmanı akış rejimerinin bireşimiye ouşmuştur. Kısmi kuruuk içeren akaı akış, katmanı dagaı akış içinde değerendiriecektir. Baoncuku ve sisi akış modeenmemiştir. Şeki 4 te görüdüğü gibi tam katmanı akış borunun at tarafından sıvı ie karakterize ediir. Sıvının üst kısmında meydana geen buar tabakası düz bir yüzeye ayrımıştır. Sıvı fim tabakasına ait oan ısı transferi fim kaınığı (δ) ie birikte meydana gemiştir. Fim kaınığının kesit aanı (A L ) sıvının katmanı (tabakaı) bögedeki aanına eşittir. Hakaı akışta ise fim kaınığı bütün tüp etrafında eşittir. Bu modein özet oarak formüe edimesi ie Şeki 4. Buar ve Sıvı Bögeerin Boru İçindeki Kesit Aanarı, Tabakaı ve Kuru Böge Açıarı ve Sıvı Fim Kaınığı[12] tp dikurubuar di (2 kuru ) ısak (46) 2 d i Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

12 _ 1014 şekini aır. kuru borunun kuru çevresini temsi eder ve buar ie bağıntııdır. Isak ısı transferi katsayısı ise ( ısak ) çekirdeki ve konvektif kaynamanın bireşimi ie ouşur. ( 3 3 1/3 ısak nb cb ) (47) Cooper[15] indirgenmiş basınç denkemini kuanarak çekirdeki kaynama ısı transferi katsayısını esapadı. 55 p ( og p ) M q (48) nb r 10 r Konvektif kaynama ısı transferi katsayısı ise cb m (1 x) cpll kl (1 ) L kl (49) denkemiye buunur. Faz acim oranı (void fraction), Rouani-Axesson[16] tarafından dikey boruar için tanımanmıştır. Steiner[17] bu koreasyonu yatay boruar için modifiye etmiş ve 0.25 x x 1 x 1.18g( L G) (1 x) ( ) (1 x) 2 g g m L 1 (50) şekini vermiştir. Buar fazı ısı transferi katsayısı buar ise, buar 0.8 mxd c i G kg 0.4 k pg g g d i (51) şekindedir. Kuruuk açısı ( kuru ), tabakaı ve kısmi kuruuk içeren akaı akış rejimer için sabittir. Kesiki ve akaı akış rejimeri için ise tüp çevresi er zaman kurudur ve kuruuk açısının sıfır (0) oması öneriir[14]. A L sıvı faz kesit aanı oarak adandırıır ve A A(1 ) (52) L denkemiye ifade ediir. Tabakaı rejim için, tabakaı açı (θ tabaka ) aşağıdaki gibi tanımanır. 2 L 0.5 i (2 tabaka ) sin(2 tabaka ) A r (53) Burada r i borunu yarıçapıdır ve denkem iteratif bir çözüm içerir. x<x max iken kuru tabaka ( m m) ig ( m m ) ig ow (54) x >x max iken ise Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

13 ( x x ) kuru max (2 max ) (1 xmax ) max _ 1015 (55) kuru açı ( kuru ) denkemerdeki gibi buunur. Burada max ın buunması ise x=x max iken kütese ız fonksiyonunu ( m ) (54) e yereştirmek ve çıkan kuruuk açısını ( ) max oarak amaktır. kuru Şeki 5. Kuruuk Açısını Bumak İçin Hazıranmış Örnek Diyagram[14] Örnek oarak Şeki 5 deki 250 kg/m 2 s kütese ızında R134a akışkanı ee aınsın. x=0.0 ie yakaşık 0.1 buar kaiteeri arasında m ig değeri m dagaı ve m ow ise m tabaka dır. Bu bögeyi geçtikten sonra (x=0.1 ie x=x kritik arası) m ig m mist değerini ve m ow ise m dagaı değerini aır. Kritik buar kaitesi aşıdığında (x kritik ),(55) kuanıarak kuruuk açısı buunur. 3.2 Kattan Tome Favrat (1998) Modeinin Soğutucu Karışımara Uyaranması Kattan-Tome-Favrat[13] ouşturdukarı modei soğutucu akışkan karışımara uyguadı. Tome[18] un karışımar için ouşturuan kaynama denkemine Cooper[15] koreasyonunu ekemesiye başadı. Bu koreasyon q Fc 1 ( id / q) Tbp 1exp fg L 1 (56) denkemiye ifade ediir. (56) da görüdüğü gibi zeotropik karışımarda T bp > 0 oduğu için F c < 0 oduğu gözemenmektedir. Saf akışkanarda T bp =0 oduğu için F c =1.0 oacaktır. Ardından buunan F c nin Cooper[15] koreasyonuna katkısıya p ( og p ) M q F (57) nb r 10 r c ifadesi ede ediir. (56) denkemindeki id,(57) denkeminde F c yerine 1.0 değeri konuarak esapanır. Ayrıca buradaki ampirik β L katsayısı m/s oarak beirenmiştir. Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

14 _ SONUÇ VE TARTIŞMA Isı transferi katsayıarı değişik buar kaiteeri için bütün ouşturuan koreasyonar için esapandı. Zürcer ve Kabeac De Bur [20], Amonyak(NH 3 ) ie değişik şartarda yaptığı deneyerde ısı transferi katsayısının kütese ız ve ısı akısının bir fonksiyonu oduğunu gösterdi. Dikey boruarda ouşturdukarı deneyin diğer koreasyonara karşıaştırıması ise aşağıdaki grafikerdeki gibidir. Şeki 6. NH 3 için Gungor-Winterton Denkemi Şeki 7. NH 3 için Kandikar Denkemi Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

15 _ 1017 Şeki 8. NH 3 için Sa Denkemi Şeki 9. NH 3 için Steiner ve Taborek Denkemi Wen ve Ho [20] yaptıkarı deneyer sonucunda Bütan(R600) için ısı transferi katsayısı çizegesini ouşturdu. Yine dikey boruar için ouşturuan bu çizege için koreasyonarın karşıaştırıması aşağıdaki grafikerde gösterimiştir. Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

16 _ 1018 Şeki 10. R600 İçin Denkemerin Karşıaştırması Wen ve Ho [20] yine dikey boruar için propanı (R290) kuandı ve diğer koreasyonara karşıaştırımış aiye aşağıdaki grafiker ouşturumuştur. Şeki 11. R290 İçin Denkemerin Karşıaştırıması A.Greco ve G.P. Vanoi[19] yaptıkarı deneyer de düz boruarı kuanara R404A soğutucu akışkanarının konvektif kaynamaı ısı transferi katsayıarını inceedier. Kattan Tome Favrat modeiye ouşturumuş koreasyonara deneyse sonuçarın karşıaştırıması grafikte veridiği gibidir. Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

17 _ 1019 Şeki 12. R404A İçin Karşıaştırma R407 C için azıranmış akış rejimi aritası ve ısı transferi grafiği aşağıdaki gibidir. Şeki 13. R407C İçin Akış Rejimi Haritası Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

18 _ 1020 Şeki 14. R407C İçin Isı Transferi Katsayısı Gösterimi Şekierde görüdüğü gibi ısı transferi katsayıarı değereri için kesin bir sonuca varmak mümkün değidir. Dikey boruar göz önüne aındığında; R290, R600 ve NH 3 göz önüne aındığında; Steiner- Taborek[1] ve Sa[4] koreasyonarı doğru sonuçarın aınabieceği denkemerdir ve diğer koreasyonara referans oarak gösteriebiir. Cen[2] ve Bennet-Cen[9] denkemeri R718(Su) için azıranmış denkemerdir ve bu akışkan için doğru taminer yapabimektedirer. Yatay tüper için ouşturuan en doğru koreasyon Kattan Tome ve Favrat [12] ın ouşturduğu akış rejimi bazı koreasyondur. Kattan-Tome-Favrat[13] bu koreasyonu azeotropik akışkanara da uyaradı ve geniş bir çaışma aanı ede etti. Fakat esaparın yapıması karmaşıktır ve iteratif proseser içermektedir. Bunun için bigisayar desteki uyguamaar sonuçarın buunmasında koayıkar sağayacaktır. SEMBOLLER VE KISALTMALAR q : Isı akısı [W/m 2 ] T doy : Doyma sıcakığı [K] T du var : Duvar sıcakığı [K] tp : Çift fazı ısı transferi kat [W/m 2 K] nb : Çekirdeki kaynama ısı trf. kat.[w/m 2 K] cb : Konvektif kaynama ısı tr.kat [W/m 2 K] : Sıvı faz ısı transferi katsayısı [W/m 2 K] k : Sıvı fazın terma ietkenik kat. [W/m.K] k g : Buar faz terma ietim katsayısı [W/m.K] c p : Sıvı fazın öz ısısı [kj/kg.k] cpg : Buar faz öz ısısı [kj/kg.k] : Sıvı fazın yoğunuğu [kg/m 3 ] g : Buar faz yoğunuğu [kg/m 3 ] : Yüzey tansiyonu [N/m] fg : Buaraşma gizi ısısı [kj/kg] : Sıvı viskozitesi [Pa.s] : Buar viskozitesi [Pa.s] x: Buar kaitesi g T : du var Loka sıcakık farkı (T duvar - T doy ) Pr : Sıvı Prandt sayısı Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

19 _ 1021 : Akışkanın duvar sıcakığındayken buar basıncının doyma buar basıncındayken farkı p doy Re : Sıvı Reynods sayısı X tt : Martinei parametresi d i : Borunun çapı [m] m : Kütese ız [kg/m s] Re tp : Çift fazı Reynods sayısı Bo: Kaynama numarası Fr : Sıvı Froude sayısı M: Moar ağırık [kg/kmo] p : İndirgenmiş basınç (p doy /p krit ) x krit : Kritik buar kaitesi r q : Çekirdeki kaynamanın başadığı ısı akısı [W/m 2 ] ONB f : Sürtünme faktörü nb, o : Çekirdeki avuz kaynama katsayısı [W/m 2 K] q o : Referans ısı akısı [W/m 2 ] F nb : Çekirdeki kaynama düzetme faktörü : Sıvı faz zoranmış ısı transferi [W/m 2 K] : Buar fazı ısı transferi katsayısı [W/m 2 K] Lt F : Çift faz çarpanı : Kritik çekirdekenme çapı [m] tp Pr g : Buar Prandt sayısı R p,o : Ortaama yüzey pürüzüüğü [m] R p : Yüzey pürüzüüğü [m] nf: Çekirdeki kaynama kuvveti d i,o : Standart tüp referans çapı [m] ısak : Isak çevre ısı transferi kat. [W/m K] F(M): Moeküer ağırık düzetme faktörü : Hakasa böge sıvı fim kaınığı [m] : Kuru açı [radyan] A L : Sıvının yan kesit aanı [m 2 ] kuru : Sıvı faz ısı transferi katsayısı [W/m 2 K] : max x=x max için kuruuk açısı buar T bp =Çiğenme noktası ie Baoncukanma noktası arasındaki sıcakık farkı Tabakaı açı [radyan] : Faz acim oranı tabakaı : : İdea ısı transferi katsayısı [W/m 2 K] id r o g KAYNAKLAR [1] Steiner,D. And Taborek, J. (1992). Fow Boiing Heat Transfer in Vertica Tubes Correated by an Asymptotic Mode, Heat Transfer Engng, Vo. 13, No. 2, pp [2] Cen, J.C. (1963). A Correation for Boiing Heat Transfer of Saturated Fuids in Convective Fow, ASME Paper 63-HT 34, 6 t Nationa Heat Transfer Conference, Boston, Aug [3] Kutateadze, S.S (1961). Boiing Heat Transfer, Int J. Heat Mass Transfer, Vo.4, pp 3 45 [4] Sa, M.M.(1982). Cart Correation for Saturated Boiing Heat Transfer: Equations and Furter Study, ASHREA Trans, Vo. 88, Part 1, pp [5] Cen, J.C.(1966) A Correation for Boiing Heat Transfer of Saturated Fuids in Convective Fow, Ind. Eng Cem. Process Des. Dev., Vo. 5, No.3, pp [6] Gungor, K.E. and Winterton, R.H.S (1986). A Genera Correation for Fow Boiing in Tubes and Annui, Int. J.Heat and, Vo.29, pp [7] Kandikar, S.G. (1990). A Genera Correation of Saturated Two-pase Fow Boiing Heat Transfer inside Horizonta and Vertica Tubes, Vertica Tubes, J. Heat Transfer, Vo. 112, pp [8] Gnieinski, V. (1976). Int. Cem. Eng, Vo. 6, pp [9] Bennet, D.L and J.C. Cen (1980). Forced Convective Boiing in Vertica Tubes for Saturated PureComponents and Binary Mixtures. AICE Journa 26(3): [10] Dittus, E.J and Boeter, L.M.K (1930). Pubications on Engineering, Univ. Caifornia, Berkeey, Vo 2, pp.443 [11] Coier, J.G. and Tome, J.R. (1994). Convective Boiing and Condensation, 3 rd Edition, Oxford University Press, Oxford [12] Kattan, N., Tome, J.R and Favrat, D.(1998a). Fow Boiing in Horizonta Tubes. Part 1: Deveopment of a Diabatic Two Pase Fow Pattern Map, J. Heat Transfer, Vo.120, No.1 pp Soğutma Teknoojieri Sempozyumu

20 _ 1022 [13] Kattan, N., Tome, J.R and Favrat, D.(1998b). Fow Boiing in Horizonta Tubes. Part 2: New Heat Transfer Data for Five Refrigerants, J. Heat Transfer, Vo. 120, No.1, pp [14] Kattan, N., Tome, J.R and Favrat, D.(1998c). Fow Boiing in Horizonta Tubes. Part 3: Deveopment of a New Heat Transfer Mode Based on Fow Patterns, J. Heat Transfer, Vo. 120, No. 1, pp [15] Cooper, M.G. (1984). Heat Fow Rates in Saturated Nuceate Poo Boiing A Wide Ranging Examination using Reduced Properties, Advances in Heat Transfer, Eds. Hartnett and Irvine Academic Press, Princeton, Vo. 16, pp [16] Rouani, Z. And Axesson, E.(1970). Cacuation of Voume Void Fraction in te Subcooed and Quaity Region, Int. J. Heat Mass Transfer, Vo. 13, pp [17] Steiner, D. (1993). VDI-Warmeatas (VDI Heat Atas), Verein Deutscer Ingeniure, VDI- Gessescaft Verfarenstecnik und Cemieingenieurwesen (GCV), Duessedorf, Capter Hbb. [18] Tome, J.R.(1989) Prediction of te Mixture Effect on Boiing in Vertica Termosypon Reboiers,Heat Transfer Engineering, Vo. 12, No. 2, pp ; [19] Greco, A., Vanoi, G.P, (2005), Fow Boiing of R22, R134a, R507, R404A and R410A Inside Smoot Horizonta Tube, Internationa Journa of Refrigeration 28: [20] Tome J. R. Ceng L, Ribatski G, Vaes L.F., (2008),Fow Boiing of Ammonia and Hydrocarbons: State of art review,internationa Journa of Refrigeration 31: ÖZGEÇMİŞ Mustafa Turan ÇOBAN 1957 yıı Seben, Bou doğumudur yıında Ege Üniversitesi Makine Fakutesi, Makine böümünü bitirmiş, 1982 Yıında Micigan Teknik Üniversitesi (A.B.D.) Makine Müendisiği ve Müendisik Mekaniği böümünden Yüksek isans derecesi, 1986 Yıında Uta Üniversitesi (A.B.D.), Müendisik fakütesi, makine müendsiiği böümünden Doktora derecesi, 1995 Yıında Victoria Teknik Üniversitesi (Avustraya), Matematik Fakutesi, Bigisayar böümünden Bigisayar Müendisiği Yüksek isans derecesi amıştır. ARAS kompresör, Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü, Jeoterma böümü, Imperia Cemica Industries (Avustraya), Ceramic Fue Ces Limited (Avustraya), TUBİTAK MAM Enerji Enstitüsü, TÜBİTAK Uusa Metreoji Enstitüsünde, Uta Üniversitesi (ABD) Makine müendisiği, Baarat Üniversitesi Müendisik böümü (Avustraya), Victoria Teknik Üniversitesi, Makine Müendisiği Böümü (Avustraya), Nebraska Üniversitesi, Makine Müendisiği Böümü(A.B.D.), Gebze Yüksek Teknooji Enstitüsü, Dokuz Eyü Üniversitesi Makine Müendisiği böümerinde çaışmıştır, Haen Ege Üniversitesi Makine Müendisiğinde enerji konuarında çaışmaktadır Oğuz Emra TURGUT 1985 yıında Ankara da doğdu. İköğretimini İzmir de Memet Akif Ersoy İköğretim Okuu nda tamamadı. Orta öğretimini yine İzmir de 60.Yı Anadou Lisesi nde geçirdi. Dokuz Eyü Üniversitesi Makine Müendisiği Böümü nü bitirdi. Ege Üniversitesi Makine Müendisiği böümünde MSc. Derecesini yapmaktadır. Çeşiti arita ve yazıım projeerinde çaışmaarda buundu. Soğutma Teknoojieri Sempozyumu