DÜŞEY BORULARDA YOĞUŞMADA ISI TAŞINIM KATSAYISININ ARAŞTIRILMASI

Transkript

1 YILDIZ TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ DÜŞEY BORULARDA YOĞUŞMADA ISI TAŞINIM KATSAYISININ ARAŞTIRILMASI Makine Yük. Müh. A. Seim DALKILIÇ FBE Makine Mühendisiği Anabiim Daı Isı Proses Programında Hazıranan DOKTORA TEZĐ Tez Danışmanı Đkinci Tez Danışmanı Jüri Üyesi Jüri Üyesi Jüri Üyesi Jüri Üyesi : Prof. Dr. Doğan ÖZGÜR :Yrd. Doç. Dr. Sabiha YILDIZ : Prof. Dr. Đsmai TEKE : Prof. Dr. Hasan HEPERKAN : Prof. Dr. Ahmet Rasim BÜYÜKTÜR : Prof. Dr. Nurdi ESKĐN ĐSTANBUL, 007

2 ii ĐÇĐNDEKĐLER Sayfa SĐMGE LĐSTESĐ...iv ĐNDĐS LĐSTESĐ...vi KISALTMA LĐSTESĐ...vii ŞEKĐL LĐSTESĐ...viii ÖNSÖZ...xi ÖZET...xii ABSTRACT...xiii 1. GĐRĐŞ TEMEL KAVRAMLAR ve TEORĐK ĐNCELEME....1 Düşey Bir Boru Đçinde Yoğuşmanın Anaitik Đnceenmesi.... Sıvı ve Buhar Faz Ara Yüzeyinde Kayma Gerimesinin Dikkate Aınması Hai Akış Haritaarı Basınç Düşümü KAYNAKLARDA BORU ĐÇĐNDE YOĞUŞMAYI ĐÇEREN ÇALIŞMALAR Düşey Boru Đçinde Yoğuşma Đe Đgii Araştırmaar Mikro Kanatı Boru Đçinde Yoğuşma Aanında Mevcut Oan Araştırmaar Mevcut Oan Mikrokanat ve Deney Parametreerinden Bazıarı Mevcut Oan Mikro Kanatar Đçin Isı Geçişi Modeerinden Bazıarı Boşuk Oranı Đçin Yapıan Çaışmaar Đç Yüzeyi Pürüzsüz veya Mikro Kanatı Boruar Đçinde Buhar-sıvı Fazının Eş Yönü Akması Durumunda Yoğuşmada Basınç Düşümü Düşey boruda basınç düşümü Yatay boruda basınç düşümü DENEYSEL ÇALIŞMALAR Deney Seti Test Borusu Cihazar ve Öçü Aeteri Verierin Bigisayara Aktarıması Deney Tesisatı Fotografarı Deneyse Öçümerin Yapıması Deneyse Verier Đçin Hesap Yöntemi DENEYSEL BULGULAR ve DEĞERLENDĐRMELER Isı Geçişi Đç Yüzeyi Pürüzsüz Boru Yoğuşmaya Sıcakık Farkı Değişiminin Etkisi: Farkı Yoğuşma Basınçarında Yoğuşma Sıcakık Farkı Değişiminin Etkisi: Đç Yüzeyi Mikro Kanatı Boru Yoğuşma Sıcakık Farkı Değişiminin Etkisi:... 68

3 iii Sabit Yoğuşma Sıcakık Farkında Meydana Geen Değişim: Đç Yüzeyi Pürüzsüz ve Mikro Kanatı Boruar Đçin Yoğuşma Isı Taşınım Katsayıarının Karşıaştırıması : Đç Yüzeyi Pürüzsüz ve Mikro Kanatı Boru Đçin Yoğuşma Basıncının (Sıcakığının) Isı Taşınım Katsayısına Etkisi: Đç yüzeyi Pürüzsüz ve Mikro Kanatı Boruar Đçin Denkem Geiştirimesi HATA ANALĐZĐ Beirsizik Anaizi Yöntemi Bağımı Değişkenerin Beirsizikerinin Tespiti (Ermiş, 1998) Kütese Akı (G, kg/m s) Test Borusu Buhar Giriş Kaitesi (x g ) Isı Akısı (q ) Isı Geçişi Katsayısı Sürtünme Faktörü (f) SONUÇLAR VE ÖNERĐLER Sonuçar Önerier KAYNAKLAR... 9 Ek 1 Kaibrasyon Verieri ÖZGEÇMĐŞ

4 iv SĐMGE LĐSTESĐ A Aan [m ] b Düşey evhanın genişiği [m] b Kanat dibinden iki kanat arası mesafe [m] Bo Bond sayısı C P Sabit basınçta özgü ısı [J/kgK] Ç Çevre uzunuğu [m] d Çap [m] (dp/dx) Basınç gradyanı [Pa/m] e Kanat yüksekiği [m] F Kuvvet [N] f Sürtünme katsayısı Ja Jakop sayısı G Kütese akı [kg/m s] Ga Gaieo sayısı g Yerçekimi ivmesi [m/s ] H(α) Boşuk oranı fonksiyonu h Isı taşınım katsayısı [W/m K] h fg Faz değişimi gizi ısısı [J/kg] h Ortaama ısı taşınım katsayısı [W/m K] k Đetim katsayısı [W/mK] Ku Kutateadze sayısı Kanat yüksekiği [m] L Uzunuk [m] L Karakteristik uzunuk [m]. m Akışkan kütese debisi [kg/s] n Kanat sayısı Nu Nusset sayısı Nu Ortaama Nusset sayısı. Q Isı miktarı [W] Q r Akışkanın hacimse debisi [m 3 /s] q" Isı akısı [W/m ] P Basınç [Pa] p Mikro kanatın iki kanat arası mesafesi [m] P r Prandt sayısı R Yarıçap [m] R t Isı taşınım direnci [m K/W] Re Reynods sayısı S Kayma oranı S p Bir kanadın çevresi [m] T Sıcakık [ C] T Ortaama sıcakık [ C] t Kanat ucu genişiği [m] P Basınç düşümü [Pa] T Sıcakık farkı [ C] U Topam ısı geçişi katsayısı [W/m K] We Weber sayısı u z doğrutusu hız bieşeni [m/s]

5 u Ortaama hız [m/s] V Hacim [m 3 ] x Kuruuk derecesi x,y,z Konum koordinatarı X tt Parametre ν Sıvı kinematik vizkozitesi [m /s] β Yataydan oan açı [ ] β Mikro kanat heis (spira, dairese) açısı [ ] δ Fim kaınığı [m] ε Boşuk oranı µ Dinamik vizkozite [kg/ms] λ Isı ietim katsayısı [W/mK] ρ Yoğunuk [kg/m 3 ] σ Yüzey geriimi [N/m] τ Kayma gerimesi [N/m ] τ δ Ara yüzey kayma gerimesi [N/m ] φ Đki fazı çarpan α Boşuk oranı α Mikro kanat tepe (apex) açısı [ ] x Test borusundaki buhar kaitesi değişimi v

6 vi ĐNDĐS LĐSTESĐ a Haka tarafı B Yoğunuk zoramaı c Kesit aanı ç Çıkış cr Kritik d Çap eq Eşdeğer f Sürtünme F Zoramaı G Yerçekimi g Gaz fazı go Sadece gaz fazı g* Fiktif i Đç taraf h Hidroik değer Sıvı faz L Laminar k Kanat mf Mikro kanat M Đvmeenme N Nusset r Soğutucu akışkan s Đç yüzeyi pürüzsüz boru su,g Su giriş su,ç Su çıkış S Doyma so Soiman t Boru T Türbüans tp Đki fazı o Dış taraf w Duvar wi Boru iç yüzeyi wo Boru dış yüzeyi z Yere δ Sıvı fimi kaınığı

7 vii KISALTMA LĐSTESĐ CFD Computationa Fuid Dynamics PC PCCS Persone Computer Passive Containment Cooing System

8 viii ŞEKĐL LĐSTESĐ Şeki.1 Düşey bir evha üzerinde saf buharın yoğuşmasında şematik sıcakık dağıımarı... 3 Şeki. Bir düşey duvar üzerinde aminer yoğuşum fimi, bu fim içinde sıcakık ve hız dağıımarı ve bir diferansiye eemana etkiyen kuvveter... 3 Şeki.3 Aynı yönü akış için akım tiperi (Coier&Thome 1994) Şeki.4 Hewitt ve Roberts tarafından düşey boru içindeki verier için önerien akış haritası (Coier&Thoma 1994) Şeki 3.1 Mikro kanatı boru çeşiteri (Miyara, Otsubo 00)... 3 Şeki 3. Kanat ucu dairese kesiti oan mikro kanatı boru detayı (Schager, 1989)... 3 Şeki 3.3 Mikro kanat detayarı (Rose, 004)... 4 Şeki 3.4 Yoğuşum sıvısının örgü tipindeki mikro kanatı boruardaki durumu (Miyara 000)6 Şeki 4.1 Deney tesisatının şematik resmi Şeki 4. Deney tesisatının resimeri Şeki 4.3 Test bögesi Şeki 4.4 Bu çaışmada kuanıan mikro kanatı bir borunun eektron mikroskobunda 100 kat büyütümüş kesit resmi Şeki 4.5 Veri topama sisteminin şematik diyagramı Şeki 4.6 R134a sıvı-buhar ayracı ve ısıtıcı direnç tei Şeki 4.7 Deney tesisatında kuanıan dijita göstergei, 4-0 ma çıkışı basınç öçer Şeki 4.8 Deney tesisatında kuanıan 4-0 ma çıkışı basınç öçer Şeki 4.9 Deney tesisatında kuanıan dijita göstergei, 4-0 ma çıkışı R134a debimetresi 55 Şeki 4.10 Deney tesisatında buharaştırıcı ve yoğuşturucu amaçı oarak kuanıan pakaı ısı değişitiricisi Şeki 4.11 Deney tesisatının kaidesi Şeki 4.1 Deney tesisatında kuanıan PLC Şeki 4.13 Deney tesisatında kuanıan güç kaynağı ve R134a deposu Şeki 4.14 Deney tesisatında kuanıan bigisayar ve basınç kaibratörü Şeki 4.15 Yoğuşan R134a nın debisinin süre tutuarak öçüdüğü öçeki cam tüp Şeki 4.16 Test bögesindeki sıcakıkarın şematik gösterimi Şeki 5.1 Farkı T i er de iç yüzeyi pürüzsüz boruda yere ısı taşınım katsayısının boru boyunca değişimi Şeki 5. Farkı T i er de iç yüzeyi pürüzsüz boruda fim kaınığının boru boyunca değişimi63 Şeki 5.3 Farkı T i er de iç yüzeyi pürüzsüz boruda yoğuşan R134a miktarının boru boyunca değişimi Şeki 5.4 Farkı yoğuşma basınçarında iç yüzeyi pürüzsüz boruda yere ısı taşınım katsayısının boru boyunca değişimi Şeki 5.5 Farkı yoğuşma basınçarında iç yüzeyi pürüzsüz boruda fim kaınığının boru boyunca değişimi Şeki 5.6 Farkı yoğuşma basınçarında iç yüzeyi pürüzsüz boruda yoğuşan R134a miktarının boru boyunca değişimi Şeki 5.7 Deneyse ve teorik ısı taşınım katsayıarının karşıaştırıması Şeki 5.8 Deneyse ve teorik Nusset sayıarının karşıaştırıması Şeki 5.9 Farkı T i er de iç yüzeyi mikro kanatı boruda yere ısı taşınım katsayısının boru boyunca değişimi Şeki 5.10 Farkı Ti er de iç yüzeyi mikro kanatı boruda fim kaınığının boru boyunca.. 69 Şeki 5.11 Farkı T i er de iç yüzeyi mikro kanatı boruda yoğuşan R134a miktarının boru boyunca değişimi Şeki 5.1 Aynı T i er de iç yüzeyi mikro kanatı boruda yere ısı taşınım katsayısının boru boyunca değişimi Şeki 5.13 Aynı T i er de iç yüzeyi mikro kanatı boruda fim kaınığının boru boyunca

9 ix değişimi Şeki 5.14 Aynı T i er de iç yüzeyi mikro kanatı boruda yoğuşan R134a miktarının boru boyunca değişimi... 7 Şeki 5.15 Deneyse ve teorik ısı taşınım katsayıarının karşıaştırıması Şeki 5.16 Deneyse ve teorik Nusset sayıarının karşıaştırıması Şeki 5.17 Đç yüzeyi pürüzsüz ve mikro kanatı boruya ait yakaşık aynı şartardaki deneyse ısı taşınım katsayıarının karşıaştırıması Şeki 5.18 Đç yüzeyi pürüzsüz ve mikro kanatı boruya ait deneyse ısı taşınım katsayıarının yoğuşma basıncı ie değişimi Şeki 5.19 Đç yüzeyi pürüzsüz boruya ait deneyse ısı taşınım katsayıarının geiştirien denkem (5.3) e ait ısı taşınım katsayıarı ie karşıaştırıması Şeki 5.0 Đç yüzeyi mikro kanatı boruya ait deneyse ısı taşınım katsayıarının geiştirien denkem (5.4) e ait ısı taşınım katsayıarı ie karşıaştırıması Şeki Ek 1.1 Đk grup sıcakık kaibrasyonu eğrieri Şeki Ek 1. Đkinci grup sıcakık kaibrasyonu eğrieri Şeki Ek 1.3 Üçüncü grup sıcakık kaibrasyonu eğrieri Şeki Ek 1.4 Dördüncü grup sıcakık kaibrasyonu bigieri Şeki Ek 1.5 Beşinci grup sıcakık kaibrasyonu eğrieri

10 x ÇĐZELGE LĐSTESĐ Çizege 3.1 Kaynakarda düşey boruar için mevcut oan ısı geçişi modeerinden bazıarı Çizege 3. Kaynakarda mevcut oan mikro kanatarın ve deneyse araştırmaarın parametreeri... 7 Çizege 3.3 Kaynakarda yatay boruar için mevcut oan ısı geçişi modeerinden bazıarı... 9 Çizege 3.4 Kayma oranını teme aan boşuk oranı eşitikeri hakkında kaynak özeti Çizege 3.5 Lockhart Martineiyi teme aan boşuk oranı eşitikeri hakkında kaynak özeti 36 Çizege 3.6 Kütese akıyı teme aan boşuk oranı eşitikeri hakkında kaynak özeti Çizege 3.7 Kaynakardaki mevcut düşey boru içinde iki fazı basınç düşümü eşitikerinden bazıarı Çizege 4.1 Test boruarının konstrüksiyon parametreeri Çizege 4. Deney tesisatında kuanıan cihazarın modeeri ve özeikeri Çizege 5.1 Deneyse parametreer... 6 Çizege 5. h=f(z, T i ) çizegesi... 6 Çizege 5.3 δ=f(z, T i ) çizegesi Çizege 5.4 ṁ =f(z, T) çizegesi Çizege 5.5 h=f(z, P, T i ) çizegesi Çizege 5.6 δ=f(z, P, T i ) çizegesi Çizege 5.7 ṁ =f(z, P, T i) çizegesi Çizege 5.8 Deneyse ve teorik ısı taşınım katsayıarı çizegesi Çizege 5.9 h=f(z, T i ) çizegesi Çizege 5.10 δ=f(z, T i ) çizegesi Çizege 5.11 ṁ =f(z, T i) çizegesi Çizege 5.1 h=f(z, P) çizegesi Çizege 5.13 δ=f(z, T i ) çizegesi Çizege 5.14 ṁ =f(z, P) çizegesi Çizege 5.15 Deneyse ve teorik ısı taşınım katsayıarı çizegesi... 7 Çizege 5.16 Đç yüzeyi pürüzsüz ve mikro kanatı boruya ait yakaşık aynı şartardaki deneyse verier Çizege 5.17 Đç yüzeyi pürüzsüz ve mikro kanatı boruya ait deneyse verier Çizege 5.18 Đç yüzeyi pürüzsüz ve mikro kanatı boruya ait deneyse verier Çizege 6.1 Deneyse beirsiziker Çizege Ek 1.1 Đk grup sıcakık kaibrasyonu bigieri Çizege Ek 1. Đkinci grup sıcakık kaibrasyonu bigieri Çizege Ek 1.3 Üçüncü grup sıcakık kaibrasyonu bigieri Çizege Ek 1.4 Dördüncü grup sıcakık kaibrasyonu bigieri Çizege Ek 1.5 Beşinci grup sıcakık kaibrasyonu bigieri

11 xi ÖNSÖZ Bu doktora çaışmasında, düşey bir boru içerisinde R134a akışkanının yerçekimi yönündeki akışı sırasında yoğuşması, iç yüzeyi pürüzsüz ve mikro kanatı boruar omak üzere deneyse oarak inceenmiştir. Doktora tez çaışmama oumu eeştirieri ve önerieri ie katkıda buunan değeri hocaarım Prof. Dr. Doğan ÖZGÜR e, Yrd. Doç. Dr. Sabiha YILDIZ a, Prof. Dr. Đsmai TEKE ye, Prof. Dr. Nurdi ESKĐN, Prof.Dr. Ahmet Rasim BÜYÜKTÜR e teşekkürerimi sunarım. Bu tez çaışması, YTÜ Biimse Araştırma Projeeri Koordinatörüğü desteğiye Yoğuşmada Eğimi Kanaarda Isı Geçişi Katsayısının Araştırıması isimi proje kapsamında gerçekeştirimiştir. Bize bu günce konuda çaışma şansı sağayan üniversite yönetimine de teşekkürü bir borç biirim. Destekerini esirgemeyen, her türü probemimde yardımcı oan başta Sn. Özden AĞRA omak üzere tüm mesai arkadaşarıma teşekkür ederim. Ayrıca beni yetiştiren, her türü konuda destekeyen aieme şükranarımı sunarım.

12 xii ÖZET Bu çaışmada düşey durumda, iç yüzeyi pürüzsüz ve iç yüzeyi mikro kanatı boruar içerisinde, R134a soğutucu akışkanın yukarıdan aşağı yönü akışı durumunda yoğuşma ısı taşınım katsayısı deneyse oarak araştırımıştır. Đk oarak boru içindeki yoğuşma Nusset teoremine göre inceenmiş, sonra ara yüzey kayma gerimesinin etkisi dikkate aınmıştır. Basınç düşümü hakkında bigi veridikten sonra, kaynakardaki eşitiker sunuarak düşey boru içinde yoğuşma için önerien akış haritaarına değinimiştir. Đç yüzeyi pürüzsüz ve düşey boruar için kaynakarda mevcut oan ısı geçiş modeerinden bazıarı sunumuştur. Mikro kanatı boruar içinde yoğuşmada mevcut oan araştırmaar gene oarak yatayda inceendiği için, bu çaışmada yatay mikro kanatı boruarda yoğuşma için yapımış araştırmaarın özeti, çaışma parametreeri ve modeeri de sunumuştur. Ayrıca ısı geçişi ve basınç düşümü hesapamaarında gereki oan boşuk oranı modeeri özetenmiştir. Kaynakarda mevcut oan düşey ve yatay boruarda basınç düşümü modeerinden bir kısmı verimiştir. Ayrıca yatay boruar için basınç düşümü modeerinden önemi oanarı özetenmiştir. R134a gazı kuanarak iki fazı akış hai için yoğuşma ısı taşınım katsayısı araştırımıştır. Deneyer sıvı ve buhar R134a nın aynı yönü aşağı doğru akışı oması hainde yapımıştır. Deney seti ve test borusu hakkında detayı bigier verimiştir. Deney tesisatında kuanıan cihazar ve öçü aeterinin istesi sunumuştur. Ayrıca deneyse öçümerin yapıması ve değerendirimesi konusunda bigier verimiştir. Deneyse sonuçarın değerendiridiği böümde deneyse parametre araığı verimiştir. Sonuçar Nusset teoremine göre ve ara yüzey kayma gerimesinin dikkate aınması durumuna göre pürüzsüz ve mikro kanatı boru omak üzere irdeenmiştir. Ayrıca fim kaınığının ve yere ısı taşınım katsayısının boru boyunca değişimi pürüzsüz ve mikro kanatı boru için gösterimiştir. Hata anaizi böümünde deneyse hataar ve hata anaiz yöntemeri anatımış, kütese akıya, test borusu buhar giriş kaitesine, ısı akısına, ısı taşınım katsayısına, sürtünme faktörüne ait beirsizik değereri öçü aeterinin hassasiyet ve kaibrasyon değererinden yararanıarak buunmuştur. Tez de beirtien şartarda, iç yüzeyi mikro kanatı boru kuanımasının boru içindeki yoğuşma ısı taşınım katsayısında iç yüzeyi pürüzsüz boruya göre %60-8 arasında bir artışa neden oduğu, sıvı-buhar ara yüzeyindeki kayma gerimesinin etkisinin hassas bir çözüm için Nusset teorisinde ihma ediemeyeceği anaşımıştır. Kaibrasyon çaışmaarına ait bigier tezde ek oarak verimiştir. Anahtar keimeer: Đki fazı düşey akış, mikro kanatı boru, pürüzsüz boru, yoğuşma.

13 xiii ABSTRACT Condensation heat transfer coefficient is investigated experimentay for smooth and microfin tubes during downfow of R134a in this study. Firsty, condensation inside of the tube was investigated according to Nusset anaysis, then the effect of interfacia shear stress was paid attension. Some information and correations were given about pressure drop in the iterature. Suggested fow regime charts for condensation in vertica tubes was mentioned. Some heat transfer modes on smooth vertica tubes in the iterature was presented. Researches on condensation inside of the horizonta smooth tubes were examined generay. For that reason summary of researches on condensation inside horizonta microfin tubes was presented as parameters and modes. Aso void fraction modes needed for cacuation of heat transfer and pressure drop were summarized as we. Some of pressure drop modes in the vertica and horizonta tubes that are in the iterature were presented. Besides, some of pressure drop modes in the horizonta tubes were summarized. Condensation heat transfer coefficient was researched by using R134a refrigerant for two phase fow. Experiments were done whie gas and iquid phases of R134a were fowing downward together. Detaied information about experimenta setup and tested tubes was given. List of the equipments was presented. Moreover, information on measurements and evauation of experiments was given. Parameter range was given in the anayse part of experimenta resuts. Resuts were studied for the smooth and microfin tube according to Nusset theory and interfacia shear stress. Apart from this, ateration of fim thickness and oca convection heat transfer coefficient aong the test tube was showed for the smooth and microfin tubes. Methods of experimenta uncertainty anaysis were expained in the ast part. Uncertainty vaues of mass veocity, vapor quaity of inet test tube, heat fux, convection heat transfer coefficient, friction factor were presented from accuracy of measurement devices and caibration vaues. Incase of using microfin tube instead of smooth tube condensation heat transfer coefficient was increased between %60-8 and interfacia shear stress between iquid-vapor phases shoud not be negeted for the accurate soution in Nusset theorem under the circumstances of the thesis. Information about caibration studies were given as appendix in the thesis. Keywords: Two phase fow, microfin tube, smooth tube, condensation

14 1 1. GĐRĐŞ Yoğuşma ve kaynama, faz değişiminin oduğu fizikse oayardır. Yoğuşmada gaz (buhar) fazından sıvı fazına, kaynamada (buharaşma) ise sıvı fazından gaz fazına geçiş omaktadır. Uyguamada sıkça karşıaşıan bu faz değişimeri, ısı geçişi ve akışkanar mekaniği açısından önemidir. Faz değişimi esnasında saf maddenin sıcakığı sabit kamakta, bu esnada, akışkan, faz yoğuşma gizi ısısını vermekte, buna karşıık, buharaşma sırasında ise akışkan ortamdan buharaşma gizi ısısını çekmektedir. Đşte bu ısının atıması veya aınması ve gereki cihazarın uygun dizaynı için faz değişimi oayarının iyi anaşıması gerekir. Isı değiştiricierde ısı geçişinin iyieştirimesi, ısı değiştiricierin boyutarını küçüteceği gibi, yatırım maiyeterini de azatacaktır. Bu ise aynı miktar ısı geçişi için daha az miktarda mazeme kuanımını sağayacaktır. Boru iç yüzeyindeki yoğuşmada ısı geçişini iyieştirmek amacıya kuanıan mikro kanatı boruar ve ara parçaar (insert) hava şartandırma ve soğutma sistemerinde yaygın oarak kuanımaktadır. Düşey boruda buhar ve yoğuşum sıvısının yerçekimi doğrutusunda eş yönü akması oayı kimya ve güç endüstrisinde görümektedir (Jia & Arkadaşarı, 00). Güç çevrimi santraerinde, sistemin teme eemanarından birisi yoğuşturucudur. Soğutma ve kima sistemerinde teme eemanardan ikisi yoğuşturucu ve buharaştırıcıardır. Petro rafinerisinde ve kimya endüstrisinde birçok kimyasa işem için faz değişim cihazarı kuanımaktadır. PCCS (Passive Containment Cooing System) reaktörerinin dizaynında da düşey boruda buhar ve yoğuşum sıvısının aşağı yönü akması durumu söz konusudur (Kuhn & Arkadaşarı, 1997). Deneyin R134a gazı ie yapımasının nedeni, koroforokarbonarın (CFC) zararı atmosferik (ozon tabakası) ve çevrese etkieri (kürese ısınma) sebebiye yeni düzenenen enerji standartarı dışında kamasından ötürüdür. Yere soğutma makinaarı ve taşınabiir hava şartandırma cihazarında bu soğutucu akışkan yaygın oarak kuanımaktadır.

15 . TEMEL KAVRAMLAR ve TEORĐK ĐNCELEME.1 Düşey Bir Boru Đçinde Yoğuşmanın Anaitik Đnceenmesi Doymuş buhar, sıcakığı doyma sıcakığından daha düşük oan yüzey ie temasta buunduğunda, yüzey üzerinde yoğuşmaya başar. Yoğuşum sıvısı yüzeyi ısatıyorsa, yani fim ouşturuyorsa fim yoğuşma, yoğuşum sıvısı yüzeyi ısatmıyorsa, yani yüzey üzerinde dama şekinde kaıyorsa dama yoğuşma denir. Fim yoğuşmada, yüzeydeki sıvı fimi ısı direnç meydana getirir ve ısı geçişi de azaır. Yüzeyde ouşan fim kaınaştıkça ısı geçişi direnci artar. Aynı şartarda dama yoğuşmadaki ısı geçişi, fim yoğuşmaya göre yakaşık 10 kat daha fazadır. Çünkü dama yoğuşması sırasında ısı direnç çok düşüktür. Buna karşın dama yoğuşma pürüzsüz parak veya ince bir yağ tabakası ie kapı yüzeyerde meydana geir. Bu nedene uyguamada dama yoğuşmayı sağamak güçtür. Yoğuşum sıvı doymuş buhar ie bir sınır tabaka ouşturarak aşağıya doğru akar. Düşey bir yüzey üzerinde yoğuşum fiminin yere ısı taşınım katsayısı h z şu şekide tarif ediir: h z = qz" (T T S wi,z ) Burada q z evhadaki ısı akısı oup ve T S sıvı-buhar ara yüzeyindeki sıcakık, T WĐ ise evha üzerindeki sıcakıktır. Yere ısı taşınım katsayısı boyutsuz Nusset sayısı ie ifade ediebiir: Nu z hzz = k Düşey bir evhada yoğuşma ik oarak Nusset tarafından anaitik oarak inceendiği için Nusset teorisi oarak ifade ediir. Fim teorisi veya Nusset teorisi oarak biinen bu anaitik anaizde bir grup kabuer yapıarak oay inceenmiştir. Bu kabuer şunardır: 1) Düşey yüzey üzerinde yoğuşma ) Fim yoğuşması 3) Düşük buhar hızı (durgun) - Đnce sıvı fimi: düz fim (dagasız), faz ara yüzeyinde yüzey geriimi ihma - Laminer akım - Sıvı fimi üzerinde ısının ietime geçişi

16 3 4) Radya doğrutuda basınç eşitiği 5) Süreki rejim 6) Akışkanın fizikse özeikeri sabit Şeki.1 Düşey bir evha üzerinde saf buharın yoğuşmasında şematik sıcakık dağıımarı Şeki. de düşey bir evha yüzeyinde fim yoğuşması görümektedir. Sıvı fimi içinde aınan bir hacim eemanı için kuvveter dengesi süreki rejim koşuarı atında yazıacak oursa; Şeki. Bir düşey duvar üzerinde aminer yoğuşum fimi, bu fim içinde sıcakık ve hız dağıımarı ve bir diferansiye eemana etkiyen kuvveter

17 4 dm F = = 0 (.1) dt ρ gdv + τ (y + dy)dxdz + P(z)dydx = τ (y)dxdz + P(z + dz)dydx (.) Kayma gerimesi Tayor serisine açıırsa: τ τ (y + dy)dxdz τ (y)dxdz = dxdz dy y aynı şekide dp P(z)dydx P(z + dz)dydx = dydx dz dz ede ediir. dv = dxdydz (.) numaraı denkemden aşağıdaki ifadeer ede ediir. τ dp ρ gdv + dv dv = 0 y dz τ dp = ρ g + y dz Buhar kısmında basınç gradyanı, dp gg dz = ρ geçeridir. Y doğrutusunda basınç eşitiği sözkonusudur. τ = ρ g + ρ gg y τ = ( ρ ρ g )g y (.3) Yoğuşum fiminin Newtonien akış oduğu kabuu ie ara yüzey kayma gerimesi aşağıdaki gibi yazıabiir: u y τ = µ (.4) µ sıcakıktan bağımsız oduğu kabu edierek (.3) numaraı denkemden hız bieşeni ede ediir

18 5 u µ = ( ρ ρg )g y (.5) u ( ρ ρg )g = y y µ ( ρ ρ )g u g = y + y µ ( ρ ρ )g g u = y + c1y + c0 µ. c 1 (.5a) (.6) Sınır şartarı: y=0 için u=0, c 0 =0 Düşük buhar hızı kabuü ie yoğuşum sıvı fimi üzerinde ara yüzey kayma gerimesinin sıfır oduğu düşünüürse: u y y =δ = 0 du dy ( ρ ρ )g y c 0 g = + 1 = µ y=δ için c 1 ( ρ ρg )gδ = µ ede ediir. Buunan sabiter denkem (.6) da yerine yazıırsa ( )g y y u = ρ ρg δ µ δ δ (.7) ede ediir. Ortaama hız u (z), δ δ 3 1 ( ρ ρg ) δ y y u = udy = g δ 0 µ δ δ 6δ 0 1 ( ρ ρg )gδ δ δ u = δ µ 6

19 6 ( ρ ρg )gδ u = 3µ (.8) Yoğuşum sıvısının kütese debisi eni b oan bir evha için eşitik (.9) da çıkarımıştır.. m(z) = uρ bδ yazıabiir.. ( ρ ρ ) ρ gb m(z) = δ 3µ g 3 (.9). d m ( ρ ρ ) ρ gb = δ dδ µ g (.10) Yoğuşum sıvı fiminden ısı geçişi için aşağıdaki ifadeer yazıabiir: T dq = k da y (T T ) S WĐ dq = k bdz δ (.10a) (.10b) dq = h d m fg. (.10) denkemi sayesinde ( ρ ρ ) ρ gbδ = δ (TS T WĐ) g k bdz hfg d δ µ 3 δ dδ k µ (TS T WĐ) = dz ρ ( ρ ρ )gh g fg δ 3 k µ (TS T WĐ) δ dδ = ρ ( ρ ρ )gh 0 g fg 0 z dz

20 7 4.k µ (TS T WĐ)z δ = ρ( ρ ρg )ghfg 1/ 4 ede ediir. (.11) Aynı zamanda dq = h z (TS T WĐ)bdz oarak ifade ediir. Bu denkem (.10b) denkemi ie eşitendiğinde taşınım katsayısı ede ediir. k h z = δ (.11a) h z 4 k 1 = 4A z 1/ 4 (.1) k µ (TS T WĐ) A = ρ ( ρ ρ )gh g fg L yüksekiğindeki duvar için ortaama ısı taşınım katsayısı h : L 1 h = hzdz L 0 4 h = h z 3 z= L ρ( ρ ρg )ghfgk 1 h = 1/ µ (TS T WĐ) L 1/ 4 3 ρ( ρ ρg )ghfgk 1 h = 0,943 µ (TS T WĐ) L 1/ 4 buunur. (.13) Fizikse özeiker için ortaama fim sıcakığı T T + T S WĐ = aınabiir. (.13) denkeminde (T S T WĐ ) yok ediebiir. Enerji dengesinden aşağıdaki eşitik yazııp denkem (.13) ie ortak çözüürse:. m h = h(t T )bl fg S WĐ 3 4 ρ( ρ 4 ρg )ghfgk 1 h = 0,943 µ (TS T WĐ) L

21 8 0,943 (TS T WĐ) = 4 h 4 ρ ( ρ ρ )gh k 3 g fg µ L ,943 ρ( ρ ρg )ghfgk m hfg = h bl 4 h µ L. m k = b h 3 3 ρ ( ρ ρ ) 0,943 µ g 4. 1/3 1/3 m h ρ ( ρ ρ )g 4/3 g 0,943 = b k µ. 1/3 1/3 m h ρ( ρ ρg )g 0,95 = bµ k µ 0,95 Re h µ = k ρ( ρ ρg )g 1/3 1/3 1/3. h µ m/ b = 0,95 k ρ( ρ ρg )g µ 1/3 ede ediir. (.14) VDI Warmeatas (1997) da yere ve ortaama Nusset sayısı tartışımış ve durgun buharda yere ısı taşınım katsayısı aşağıdaki gibi sunumuştur. hl z Nu z,l = = 0, 693 k ρg 1 ρ Re,z 1/3 Re,z. m = b. µ,z Sıvı yüzeyinde dagaı fim akımıya ısı geçişinin iyieştiği, bu etkinin bir f daga düzetme faktörü ie gözönüne aındığı görümüştür. f Nu 1 = = z,da gaı da gaı 0,04 Nuz Re,z Re < 1,z Re 1,z

22 9 Türbüansı akımda ise şu şekide verimiştir: Nu h L 0, 083Re Pr 7 / 4 1/3 z,t,z z,t = = 3/8 1/ 6 k 1 + 9,66Re,z Pr Tavsiye edien ortaama Nusset sayısı aminar böge için: ρg 1 hl 4 ρ k 3 Re,L Nu L = = Nu z= L, = 0,95 ve türbüansı böge için Nu hl = = + 0,0 Re T,z= L T 3/8 1/ 6 k 1 0,5 Re,z= L Pr oarak verimiştir. Ayrıca her iki akımın oduğu bir paka üzerinde ortaama Nusset sayısı için aşağıdaki eşitik tavsiye edimiştir: 1/ 1/ 1/ Nu = (f da gaınu L) + (Nu T ). Sıvı ve Buhar Faz Ara Yüzeyinde Kayma Gerimesinin Dikkate Aınması Hai Büyük buhar hızarında sıvı-gaz fazarı arasında kayma gerimesi τ δ nedeniye önemi değişim etkisi ortaya çıkar, bu ise yoğuşum sıvı fimi içinde ısı geçişini önemi miktarda etkieyebiir. Böye durumarın anaşıabimesi için gene oarak eş yönü akış veya karşı yönü akış oması durumarına söz konusudur. Bu çaışmada sıvı fimi ve buharın eş yönü akması inceenmektedir. (.6) numaraı denkem tekrar ee aınıp sınır şartarı kayma gerimesinin oması durumu için yazıacak oursa 1) u y=0 için c o =0 u ) µ = ±τ y y=δ δ (.15) ( )g y y u = δ ± ρ ρg τ δ µ δ δ µ y ede ediir. Aşağı doğru akan buhar için τδpozitif, yukarı doğru akan buhar için τδ negatiftir. Bir boru

23 10 içindeki akış göz önüne aınırsa Sürtünme kuvveti FR = τδπ D Đ.dz Basınç kuvveti F P πdđ = P oarak ifade ediebiir. 4 πdđ F P+ dp = (P + dp) 4 πdđ FP + FP + dp = dp 4 uur uur uuuuur kuvveterin dengesinden FR + FP + FP + dp = 0 our. πdđ τδπd Đ.dz dp = 0 (.16) 4 πdđ dp τδπ D Đ =. 4 dz dp ρgu = f dz D g Đ ρ u g g τ δ = f (.16a) τ δ = f g G x 4δ ρ (1 ) g D Đ (Carey, 1984) (.16b)

24 11 f 16 = aminar akış için sürtünme katsayısıdır. Re Basius eşitiğine göre sürtünme katsayısı türbüansı akış için f = 0,079.(Re) 0,5 dir. Carey (199) tarafından iç yüzeyi pürüzsüz bir boru içindeki akış için aşağıdaki eşitik önerimiştir: f g Gx( DĐ δ ) = 0,079 µ g (1 4 δ / DĐ ) 0,5 (.16c) Cavaini (000) iç yüzeyi mikro kanatı bir boru içindeki akış için aşağıdaki eşitik önerimiştir: f g [ 1.74.og(.Rx )] f = (.16d) 4 Burada Rx f geometrik iyieştirme faktörü Rx f e 0,18 D i = (0,1+ cos β) oarak ifade edimiştir. Ortaama hız δ 1 1 ( ρ ρg )g δ δ τδδ u = u.dy =. δ ± δ δ µ 6 µ 0 ( )g u = ± 3µ µ ρ ρg δ τδδ oarak ede ediir. (.17) z mesafesinde küte debisi. m 3. ρ( ρ ρg )gbδ ρτδδ b m = uρbδ = ± 3µ µ (.18) Enerji dengesinden fim kaınığı δ hesapanabiir: (T T ). S WĐ k b.dz = h fg.dm δ (.19) (.18) ve (.19) numaraı denkemerden τδ δ 4k µ (TS T WĐ) δ ± = z 3 ( ρ ρ )g ρ ( ρ ρ )g.h g g fg (.0) ede ediir ve ısı geçişi δ ya bağı oarak yazıabiir:

25 1 k (TS T WĐ) q" = δ (.1).3 Akış Haritaarı Faz değişimeri sırasında meydana geen akış tiperinin tespit ediebimesi için başvuruan yöntemerden biri de akış haritaarından faydaanmaktır. Akış tiperi harita üzerinde beiri bögeere sahiptir. Boyutsuz faz hızarı (j veya j g ) veya bu hızarı içeren gene parametreer sayesinde akışın tipi beirenmektedir. Coier & Thome (1994) akış tiperini etkieyen pek çok değişkenin var oduğunu, buna karşın bu değişkenerin etkisini iki boyutu harita kuanarak göstermenin mümkün omadığını beirtmişerdir. Her akış rejiminin ayrı ayrı inceenmesinin ve bunun yanında eşitikerin de inceenen akış tipine öze omasının hassasiyeti artıracağını vurguamışardır. Akış rejimi çaışmaarının yaygın oarak yapıdığını ve haen geişmekte oduğunu beirtmişerdir. Şeki.3 de sıvı-gaz oranarına göre akım tipinin düşey boruarda değişimi görümektedir. Burada gaz fazı oranı sıvı fazına göre arttıkça kabarcıkı akımdan haka akımına bir değişim söz konusudur. Kabarcıkı akışta gaz veya buhar fazı tane oarak hareket haindeki sıvı fazı içinde dağımıştır. Tıkaçı akışta buhar veya gaz fazına ait kabarcıkarın çapı hemen hemen boru çapı kadardır. Gaz kabarcıkarını boru çeperinden yavaş hareket eden sıvı fimi ayırmaktadır. Çakantıı akış tıkaçı akıştaki geniş buhar kabarcıkarının parçaanmasıya ouşur. Bu böge yarı-haka veya çakantıı-haka oarak da tanımanabiir. Đnce haka akış Hewitt-Ha-Tayor (1970) araştırmaarı sonucu geiştirimiştir. Bu akış tipinde buhar içinde sıvı kabarcıkarı vardır ve sürükenmektedirer, bu akış tipi yüksek kütese akıarda görümektedir. Haka akışta sıvı fimi boru çeperinde süreki bir yapı ouşturarak buhar fazını çevreemektedir. Düşey bir boru içinde akış rejimi haritası oarak Hewitt & Roberts (1969) in hazıradığı harita yaygın oarak kuanımaktadır (şeki.4). Araştırmacıar haritayı hazırarken düşük basınçtaki hava-su akışkan çifti ve yüksek basınçtaki su-su buharı akışkan çifti için gözemer yapmışardır. Bu amaça 1-3 cm çapında düşey boru kuanmışardır. Sıvı ve buhar fazarına ait momentum akıarından (ρ j, ρ g j g ) yararanmışardır. Bu akıarı kütese akı (G) ve dinamik buhar kaitesine (x) bağı oarak da yazmanın mümkün oduğunu göstermişerdir. ( G.(1 x)) ρ. j = (.) ρ ( G. x) ρg jg = ρ g (.3)

26 13 Akış haritaarının haricinde eşitikere de akış tipine karar vermek mümkündür. Bu konuda Ackers & Rosson (1960), Sardesai (1981), Shah (1979), Dobson & Chato (1998), E Haja (003) çaışmaar yapmışardır. Kabarcıkı Tıkaçı Çakantıı Đnce Haka Haka (Bubby) (Sug) (Churn) (Wispy) (Annuar) Şeki.3 Aynı yönü akış için akım tiperi (Coier&Thome 1994) Şeki.4 Hewitt ve Roberts tarafından düşey boru içindeki verier için önerien akış haritası (Coier&Thoma 1994)

27 14.4 Basınç Düşümü Buharın yoğuştuğu akım içinde topam basınç düşümü üç teme kısımdan ouşur, bunar yerçekimi, ivmeenme ve sürtünme basınç düşümüdür. dp dp dp dp ( ) = ( ) F + ( ) G + ( ) A (.4) dz dz dz dz Yerçekimi basınç düşümü (.5) denkemi ie yazıabiir: dp ( ) G = ρg.g.sin β (.5) dz Burada β açısı borunun yataya yapmış oduğu açıdır. (dp/dz) G sadece düşey boruarda hesaba katıır. Đvmeenme basınç düşümü aşağıdaki gibi yazıabiir: dp d x (1 x) ( ) A = G + dz dz ( ρg. α) [ ρ.(1 α)] (.6) Carey (199) buhar yoğunuğunun (P=8 bar, 100 kg/m 3 ) sıvı yoğunuğuna (P=8bar, 50 kg/m 3 ) göre çok küçük oduğu, sıvı fiminin ince oduğu durumar için eşitik.6 daki parantezin içindeki ikinci terimin ihma ediebieceğini beirtmiştir. Carey (199) boşuk oranının boru boyunca değişiminin düşük oduğu durumu göz önüne amış ve eşitik (.6) yı aşağıdaki şekide sadeeştirmiştir: dp xd G dx ( ) dz (D ) dz Đ A = ρ g Đ δ (.7) Enerji dengesinden: dx 4q 4h (T T ) dz D Gh D Gh " S WĐ = = (.8) Đ fg Đ fg Carey (199) boru içindeki topam basınç düşümü için eşitik (.9) u önermiştir, eşitikerinde ρ g yerine hayai (fiktif) buhar yoğunuğu (ρ * g ) kuanmıştır, eşitikteki ik terim hidrostatik basınç düşümünü, ikincisi sürtünme basınç düşümünü, üçüncüsü ivmeenme basınç düşümünü ifade etmektedir: xd G ρ g = ρ g ( ) * 4τ δ Đ dx g g DĐ δ ρg (DĐ δ) dz (.9) Basiteştirimiş ara yüzey kayma gerimesi hesabına ek oarak ısı geçişi katsayısının

28 15 buunması bu şartarda sadece iteratif bir teknike mümkündür. Beirtien G, T wi, P, thermofizikse özeiker gibi değerer ışığında aşağıdaki işem sırası uyguanmaıdır: 1. δ değeri seçiir,. dx/dz değerini buabimek için eşitik.8 ve.11a dan yararanıır, 3. τ δ değerini buabimek için.16b,.16c ve.16d eşitikeri kuanıır, 4. Eşitik.9 yardımıya ρ * g değeri buunur, 5. Eşitik.0 ie hesap edien δ değeri, ρ * g değeri ve τ δ değeri konur. Eşitiğin her iki tarafını birbirine eşit ya da çok yakın omasını sağayan δ ve h değereri aranıan değererdir. Bu tip bir anaiz boru boyunca basınç düşümünün sistem basıncına orana küçük oduğu, aminer akışın geçeri oduğu durumarda thermofizikse özeiker sabit kabu edierek çözüme uaşımasına imkan verir.

29 3. KAYNAKLARDA BORU ĐÇĐNDE YOĞUŞMAYI ĐÇEREN ÇALIŞMALAR Düşey Boru Đçinde Yoğuşma Đe Đgii Araştırmaar S.L. Chen & Arkadaşarı (1987), geiştirdikeri modein ara yüzey kayma gerimesi biindiği takdirde yoğuşma modeerine koayıka uyguanabieceğini vurguamışardır. Düşey ve yatay boruda aynı yönü haka akışa beraber yine düşey boruda karşı yönü (refux) haka akış için çaışmaar yapmışardır. Fim kaınığının boru yarıçapına göre çok ince oduğu durumarda düşey boru içindeki aynı yönü haka akışın düşey evha üzerinde meydana geen yoğuşma oayına benzediğini, aynı zamanda yatay boru içindeki haka akışa da benzediğini beirtmişerdir. S.Oh ve S.T. Revankar (005), çaışmaarında düşey durumda iç yüzeyi pürüzsüz 6,6 mm iç çapındaki bir boru içinde akışkanın boru içinde yerçekimi yönündeki hareketinde yoğuşma ısı geçişi katsayısının sistem basıncı arttığı zaman azadığını bidirmişerdir. Boru içinde yoğuşan akışkanın doyma sıcakığı ie boru iç yüzey sıcakığı arasındaki fark arttıkça yoğuşma ısı geçişi katsayısının azadığını yaptıkarı deneyse çaışma ie göstermişerdir. Shah (1979), Shah 10 farkı akışkan için, çok geniş bir parametre araığında, 474 adet veri noktasını türbüansı akış şartarı için %15,4 hata değerindeki ısı taşınım katsayısı bağıntısını ouşturmuştur. Shah bağıntısını ouştururken R11, R1, R113, methano, ethano, benzen, touen akışkanarını, yatay, eğimi, düşey boruarda 7-40 mm iç çaparındaki pürüzsüz boruarı kuanarak hem boru içinde hemde borunun dışındaki haka tarafında yoğuşmayı inceemiştir. Bu çaışmaarda parametre değereri (P/P cr ) 0,00-0,44, doyma sıcakıkarı C, buhar hızarı m/s, buhar kaitesi 0-100%, kütese akı kg/m h, ısı akısı W/m, sıvı Re sayısı , sıvı Pr sayısı 1-13 arasındadır.

30 17 Çizege 3.1 Kaynakarda düşey boruar için mevcut oan ısı geçişi modeerinden bazıarı ARAŞTIRMACI CHEN ve ARKADAŞLARI (1987) EŞĐTLĐK Sabit duvar sıcakığının geçeri oduğu Nusset teorisine göre Nu 1/ 3 1/ 3 h N ν 3 N = = Rez k g 4 Laminar-dagaı rejim için (Rez > 0) Chun & Seban (1971) (3.1) Nu L = 0,83.Re oarak önermişerdir. (3.) 0, z Bangetti & Schunder (1978) tam geişmiş türbüanı akış için (Re z >1800) yere Nusset sayısını aşağıdaki gibi önermişerdir: Nu = 0, 0040.Re Pr T 0,4 0,65 z Yüksek değererde ara yüzey kayma gerimesinin geçeri oduğu durumar için Soiman (1968) aşağıdaki eşitikeri önermiştir: Nu δ = 0, 036.Pr τ (3.3) 0,65 *1/ δ * τδ τ δ = (3.4) ρ / 3 (g ν ) Yerçekimi etkisiye akan buhar için fim yoğuşmasındaki Nusset sayısı eşitik (3.) ve (3.3) den n1 n1 Nu = (Nu ) + (Nu T ) 1/ n1 şekini aır. (3.5) Yavaş akan buhar ve yüksek değerdeki arayüzey kayma gerimesini içeren fim yoğuşması için bu eşitik aşağıdaki gibi öneriir: n n Nu z = (Nu ) + (Nu δ ) 1/ n (3.6) Deneyse verieri göz önüne aarak Bangetti & Schunder (1978) 30 mm iç çapında, düşey bir boruda aynı yönü akan yere ısı geçişi katsayısı için n 1 = 6 ve n = değererini ede etmişerdir. (3.6) nou eşitik yere fim yoğuşması ısı geçişi katsayısı için yeniden düzenenirse aşağıdaki şeki aır. Nu 1/ 3,4 3,9 1/ 3 1,3 h z ν 1,3 Rez Pr Pr * z = = 0,31.Rez τδ k g, ,6 1/ (3.7)

31 18 Çizege 3.1 Kaynakarda düşey boruar için mevcut oan ısı geçişi modeerinden bazıarı ARAŞTIRMACI CHEN ve ARKADAŞLARI (1987) devamı EŞĐTLĐK Duker (1960) düşey boruarda, iki fazı aynı yönü akış üzerine yaptığı deneyse çaışma sonuçarına dayanarak iki fazı basınç düşümü için bu amprik eşitiği geiştirmiştir: τ = A(Re Re ) Re (3.8) * 1,4 0,4 δ T z z 0,5µ µ A = D g 1,177 0,156 g / 3 0,553 0,78 Đ ρ ρg (3.9) Chen & Arkadaşarı (1987) eşitik (3.8) ve eşitik (3.7) yi bireştirerek aşağıdaki ifadeyi önermiştir: Nu 0,31.Re (Re Re ) Re, ,6,4 3,9 1/ 3 1,3 1,3 Rez Pr Pr A 1,4 0,4 z = z T z z 1/ (3.10) Eşitik (.10) buhar hızının çok yüksek oduğu zaman yatay boruda meydana geen yoğuşma oayındaki haka akış akım tipi için de geçeridir. Chen yerçekimini ihma ederek bu eşitiği Nu = 0,036 Pr A (Re Re ) Re şekine dönüştürmüştür. (3.11) 0,65 0,5 0,7 0, z T z z Sıvı faz özeikerindeki değişim ihma ediirse, ortaama Nusset sayısı için Nu 1/ 3 Re 1 h ν d Re z = = Re k g Nu 0 z eşitiği ede ediir. (3.1) Chen & Arkadaşarı (1987), Churchi & Usagi (197) metodunu kuanarak, ortaama Nusset sayısını farkı rejimer için yukarıdaki eşitiği geiştirerek aşağıdaki ifadeeri sunmuşardır: Laminar-dagaı akış için Türbüansı akış için Nu T L = 1,003.Re (3.13) 0, Nu =, Re Pr (3.14) 3 0,4 0,65 Yüksek kayma gerimei rejimer için Nu δ 1/ 0,65 * δ = 0,036 Pr τ (3.15) Eşitik (3.4) ve (3.9) eşitik (3.13) te yerine yereştiriip, bazı terimerde ihma ediirse aşağıdaki eşitik ede ediir:

32 19 Çizege 3.1 Kaynakarda düşey boruar için mevcut oan ısı geçişi modeerinden bazıarı ARAŞTIRMACI CHEN ve ARKADAŞLARI (1987) EŞĐTLĐK 1,6 0, T T T * Re Re Re τ δ = A 1, 5 + 0,39 Re Re Re Eşitik (3.11), (3.14),(3.15),(3.16) yeniden düzenenirse (3.16) devamı 0,8 1,3 1/ 3 0,44 Re Pr Pr τδ Nu = Re , ,6 * 1/ buunur. (3.17) Yukarıdaki eşitik ara yüzey kayma gerimesi ihma edierek basiteştiriebiir: Re Pr Nu = Re + 1, ,8 1,3 0,44 5 1/ (3.18) Eşitik (3.18) yatay boruarda, haka akış durumunda ortaama yoğuşma ısı geçişi katsayısının buunuşunda da kuanıabiir. Barnea (198) Re =Re T aarak düşey boruda aynı yönü haka akışı için Re Pr A.Pr Re Nu = Re + + 1, ,3 0,8 1,3 1/ 3 1,8 0,44 T 5 1/ oarak önermiştir. (3.19) REVANKAR ve ARKADAŞLARI (005) Sıvı fimi için τ = ( ρ ρg )g( δ y) + τ δ (3.0) Laminer sıvı fimi içindeki hız profii ( ρ ρg )g y τ u = ( δy ) + δ y µ µ (3.1) δ Hız profii kuanıarak sıvı debisi için m = πrρ u (y)dy ve (3.) 0 m ρ ( ρ ρ )g τ δ g 3 Γ = = δ + ρδ π R 3µ µ (3.3) Yazıarak bu eşitiker boyutsuz parametreere sadeeştiriirse: 4Γ ρ 4 Re = = (1 )( ( δ ) + τ ( δ ) ) µ ρ g * 3 * * δ 3 ve (3.4) Boyutsuz ara yüzey kayma gerimesi τ = τ (g( ρ ρ ) L ) buunur. * 1 δ δ g Fim ve gaz bögeeri ara yüzeyde dengeenirse ısı geçiş miktararı

33 0 Çizege 3.1 Kaynakarda düşey boruar için mevcut oan ısı geçişi modeerinden bazıarı ARAŞTIRMACI REVANKAR ve ARKADAŞLARI (005) devamı. fg S WĐ EŞĐTLĐK m h = h (T T ) our. (3.5) Laminar akım için sıcakık dağıımının sıvı fimi içinde hemen hemen doğrusa oduğu kabuu ie fim ısı geçişi katsayısı: h k (z) = our. (3.6) δ Eşitik (3.6) ya Mc.Adams (1954) düzetme faktörü ekenince yere ısı geçişi katsayısı (ara yüzeyde daga etkisi, Re <40) h = k 1, δ (z) our. (3.7) Bangetti (198) sıvı fimi içindeki türbüanstan geen ısı geçişi iyieşmesi h. L Nu = = Nu + Nu 4 4 için: ( ) 1/ 4 L T k önermiştir. (3.8) Boyutsuz karakteristik uzunuk 1/ 3 ν L = dır. (3.9) g Teorik aminer fim akımı Nusset sayısı boyutsuz fim kaınığından 1 buunabiir: Nu L = (3.30) δ * Boyutsuz fim kaınığı δ * =δ/l oarak ifade ediir. Türbüansı fim Nusset sayısı aşağıdaki amprik eşitikten buunabiir: Nu = a Re Pr (1 + e( τ ) ) (3.31) b c * f T δ a,b,c,e,f katsayıarı τ δ * değerine göre değişmektedir. Ara yüzey sürtünme katsayısı: f = oarak önerimiştir(3.3) ρ (u u ) / τ δ g g Ara yüzey fim hızı ortaama buhar hızından yüksek oduğu zaman ara yüzey sürtünme faktörü sıfır aınmaıdır. Duvardaki tereme oayı ie benzeşim kurmuşardır, bunu yaparken Couette akış anaizinden yararanmışardır, 0 indisi teremesiz durumu ifade etmektedir: Kays & Crawford (1993) e göre: f bf = f exp(b ) 1 O f (3.33)

34 1 Çizege 3.1 Kaynakarda düşey boruar için mevcut oan ısı geçişi modeerinden bazıarı ARAŞTIRMACI REVANKAR ve ARKADAŞLARI (005) devamı b f 0 EŞĐTLĐK '' m c /( ρg.u g,ort ) = (3.34) (f / ) Türbüansı sürtünme faktörü için Basius eşitiği: f Laminar sürtünme faktörü için sürtünme katsayısı: 0,5 0 = 0,079 Re d (3.35) f O 16 = (3.36) Re d Çapı esas aan Reynods sayısı G.D Đ Re d = geçeridir. (3.37) µ SHAH Shah (1976) a göre parametreer 0,8 ψ = 1,8/ Co (3.38) (1979) ψ = h / h (3.39) TP 0,8 1 Co = 1 ( ρg / ρ) x 0,5 oarak verimiştir. (3.40) Boyutsuz sıvı fazın ısı taşınım katsayısı: h h (1 x) 0,8 = L (3.41) Dittus-Boeter (1930) h = 0,03.Re Pr k / D (3.4) 0,8 0,4 L Đ Shah (1978) deneyse verierine göre 0,8 1 Z = 1 (p / p cr ) x 0,4 (3.43) 0,95 ψ = 1+ 3,8/ Z oarak verimiştir. (3.44) Đki fazı kaynama/yoğuşma h h (1 x) 3,8x (1 x) 0,76 0,04 0,8 TP = L + 0,38 (p / p cr ) (3.45) L 1 htp = htp,ldz z integre ediirse (3.46) 0 z 0,76 0,04 h L 0,8 3,8x (1 x) TP = + 0,38 (z z 1) (p / p z cr ) 1 h (1 x) dz (3.47) h h (1 x) 3,8 x 0,04x 1,8 1,76,76 L TP = + 0,38 (x x 1) 1,8 (p / p cr ) 1,76,76 x x1 (3.48) 0,38 htp h L (0,55,09(P / P cr ) ) = + ede ediir. (3.49)

35 3. Mikro Kanatı Boru Đçinde Yoğuşma Aanında Mevcut Oan Araştırmaar Heise yivi yatay mikro kanatı boruar ikimendirme cihazarında yüksek ısı geçişi performansarı ve orta derecede basınç düşümeri yaratmaarı nedeniye yaygın oarak kuanım aanarı bumaktadır. Đk oarak Fuji (1977) tarafından geiştirien mikro kanatı boruarı referans aarak zaman içinde pek çok araştırmacı yoğuşma amaçı çaışmaar yapmıştır. Bu araştırmacıarın bazıarı Carpenter (1951), Akers (1960), Chen (1987), Boyko (1967), Soiman (1968), Travis (1973), Newe (003), Shah (1978), Cavaini (000) ve Webb (1996) oarak gösteriebiir. Uyguamada tasarım aşamasında ısı geçişi ve basınç düşümerindeki kesin sonuçar önemi ro oynar. Yoğuşturucuarda basınç düşümü pompaama güç tüketimini etkiemesinin yanında önemi derecede ısı geçişi performansını da etkier. Bunun sebebi yoğuşan akışkanın yoğuşma sıcakığı ve basıncının birbirine bağımıığından kaynakanmaktadır. Đç yüzeyi mikro kanatı boruarı teme oarak ikiye ayırmak mümkündür. (Şeki 3.1) Heise tipte oanar (şeki 3.1a) Örgü (Herringbone) tipte oanar (şeki 3.1b): Örgü tipte oanarda Tip 1 ve Tip oarak ikiye ayrımaktadırar. Tüm örgü (herringbone) tip mikro kanatı boruarın ısı geçişi katsayıarı en yoğun oarak kütese akının (G) değişiminden etkienmektedirer. Yatay boruarda yüksek kütese akıarda örgü tipte oanar ( kg/m s) heise tip mikro kanatı boruya göre -4 kat daha faza ısı geçişi katsayısı vermektedirer. Düşük kütese akıarda ise (100 kg/m s) heise mikro kanatı boru ie hemen hemen aynı veya biraz daha düşük değerde ısı geçişi katsayısına sahiptirer. Basınç düşümeri heise mikro kanatı ie benzer veya daha az değererde oduğu görümüştür. Şeki 3. ve 3.3 de mikro kanat detayarı görümektedir. Yapıan kaynak araştırmasında, mikro kanatı boruar içinde yoğuşmanın çoğunuka yatay boruar içinde inceendiği görümüştür. Çizege 3.1 de kaynakarda mevcut oan yatay boruar içinde farkı mikro kanat ve deneyse parametreerde yapıan çaışmaar özetemiştir.

36 3 a- Heise mikro kanatı boru b- Örgü tip (herringbone) mikro kanatı boru b- tip1 b- tip c- Kanat detayı Şeki 3.1 Mikro kanatı boru çeşiteri (Miyara, Otsubo 00) Şeki 3. Kanat ucu dairese kesiti oan mikro kanatı boru detayı (Schager, 1989)

37 4 a- Heise (spira) mikro kanat boru detayarı b- Örgü (herringbone) mikro kanat detayarı Şeki 3.3 Mikro kanat detayarı (Rose, 004)

38 Mevcut Oan Mikrokanat ve Deney Parametreerinden Bazıarı A. Miyara & Arkadaşarı (00), Miyara ve arkadaşarı mikro kanatı boruar ie yaptıkarı deneyerde yüksek kütese akı değererinde örgü (herringbone) tip boruar ie heise tipe göre daha faza ısı taşınım katsayısı ede edidiğini bidirmişerdir. Heise tip boruarın da iç yüzeyi pürüzsüz boruya göre -3 kat daha faza ısı geçişi katsayısı değererine sahip oduğu görümüştür. Ayrıca örgü (herrinbone) tip boruar heise tipe göre daha faza basınç düşümü yaratmıştır. ß açısı faza oan örgü tip borunun diğer örgü tip boruya göre kat, buna karşın pürüzsüz boruya göre %70 daha faza basınç düşümü meydana getirdiğini beirtmişerdir. D. Graham & Arkadaşarı (1999), hemen hemen birbirine çok yakın geometriere sahip heise ve aksiya kanatı boruarın yoğuşma performansarını karşıaştırmak için deneyer yapmışardır. Yatay yivi oan boruarın kütese debinin 150 kg/m s ve daha yüksek oduğu değererinde heise oanara göre daha performansı oduğunu göstermişerdir. Pürüzsüz boruya göre oan iyieşmenin buhar kaitesine (x) bağı oduğu görümüştür. Ayrıca yatay yivi boruarın aynı şartarda düşük buhar kaiteerinde pürüzsüz veya heise yivi boruara göre daha iyi hakasa akış sağadığını deney verierine Froude sayısını ve akış haritaarını uyguayarak tespit etmiştir. Düşük kütese akı değererinde heise tipi boruar yatay yivi (aksiya groved) tip ve pürüzsüz boru tipine göre daha faza ısı geçişi katsayısı vermiştir.yüksek kütese akı değererinde yatay yivi tip en yüksek ısı geçişi katsayısı değererini vermiştir. S. Koyama & Arkadaşarı (000), bu çaışmaarında HFC3, HFC15, HFC134a akışanarını karıştırarak, yatay mikro kanatı boru içinde yoğuşmadaki yere ısı ve küte geçişini inceemişerdir. Doymuş buhar kuanmışardır ve sürtünme basınç düşümü Haraguchi (1993) nin amprik eşitiği ie, sıvının ısı taşınım katsayısını Yu-Koyama (1998) amprik eşitiği ie inceemişerdir. Aynı deneyeri R407 akışkanı içinde yapıp sonuçarı karşıaştırmışardır. Yoğuşma ısı taşınım katsayısını kütese akı kg/m s değererinde, 1 m. uzunuğundaki, 6,5 mm iç çapındaki mikro kanatı bakır boru için bumuşardır. Deneyse ve teorik ısı taşınım katsayıarı ±%30, ısı akıarı ±%10 hata bandı içinde kamışdır. H.S. Wang & Arkadaşarı (003), kaynakardaki mevcut eşitikeri, kendi deneyse verieriye, yatay boruda, farkı akışkanarın yoğuşmasında, sürtünme basınç düşümeri açısından karşıaştırmışadır. Sonuçarı Newe & Shah (1999), Goto (001), Choi (001) eşitikeri ie ±%0 hata içinde kamıştır, 8 farkı mikro kanatı boru kuanmışardır. Kütese akı araığı kg/m s, kuandıkarı akışkanar R11, R13, 134a, R, R3, R15, R410A,

39 6 boru iç çaparı 6,41-8,91 mm dir. A. Miyara & Arkadaşarı (003), 5 farkı örgü tipinde mikro kanatı boru içinde, R410A akışkanı kuanarak, kanat yüksekiği ve kanat heis açısının yoğuşmaya etkisini inceemişerdir. Yüksek kütese akı şartarında, ısı geçişi katsayıarı -4 kat heise oana göre daha faza çıkmıştır. Düşük buhar debierinde kuandıkarı tüm mikro kanatar benzer sonuçar vermiştir. Isı geçişi iyieştirmesinin kanat yüksekiğinin 0,18 mm oana kadar arttığını, 0,18 mm den sonrası için iyieşmenin durduğunu beirtmişerdir. Nozu & Arkadaşarı (1998), yatay farkı kanat geometrierine sahip mikro kanatı boruar ve iç yüzeyi pürüzsüz düz bir boru içinde CFC11 akışkanının yoğuşması sırasında yere ısı geçişi ve basınç düşümünü deneyse oarak inceemişerdir. Akış rejimeri cihazar ie gözenmiş ve fotografarı çekimiştir. Đç yüzeyi pürüzsüz boruya göre test ettikeri mikro kanatı boruarın %70 daha faza basınç düşümüne neden odukarı beirenmiştir. Akışkanın kütese hızını esas aan sürtünme basınç gradyeni için eşitik çıkarımıştır, hata bandı değeri %8,3 omuştur. 3.. Mevcut Oan Mikro Kanatar Đçin Isı Geçişi Modeerinden Bazıarı Miyara & Arkadaşarı (000), yatay boruda R410A, R kuanarak yoğuşma oayını pürüzsüz ve mikro kanatı boruar için inceemişerdir. Akışı öze cihazara gözememişerdir. Örgü tipindeki (herringbone) mikro kanatı boruarda yoğuşum sıvısının yerini fotografamışardır. Koyama ve Yu (1998) nun eşitikerinden yararanmışardır. a- Örgü tip 1 b- Örgü tip Şeki 3.4 Yoğuşum sıvısının örgü tipindeki mikro kanatı boruardaki durumu (Miyara 000)

40 7 Çizege 3. Kaynakarda mevcut oan mikro kanatarın ve deneyse araştırmaarın parametreeri

41 8 Dobson ve Chato (1998), yatay boruda haka akış (annuar) ve dagaı (wavy) akış için yeni bir mode geiştirmişerdir. Đki fazı çarpan yakaşımı kuanıarak haka akış eşitiği geiştiriip, deneyse verier ie uyumu oduğu anaşımıştır. Bu eşitik zeotropic akışanarda (R134a, R, R3/R15) ayrık (stratified) akış, dagaı (wavy) akış, haka (annuar) akış, haka-damacık (annuar-mist) akış, 5<G<800 kg/m s, 5<q <15 kw/m, 0,1<x<0,9 %, 35<T s <45ºC, 3,14<D i <7 mm şartarında denenmiştir. Kedzierski ve Goncaves (1999), yatay boruda R134a, R410a, R15 ve R3 kuanarak mikro kanatı boru içerisinde yoğuşma ısı taşınım katsayısını araştırmışardır. Geiştirdikeri eşitik iç yüzeyi çapraz yivi (cross grooved) oan boruarda iyi sonuçar vermemektedir. Cooper ın çaışmaarını baz amışardır. Cooper çaışmaarında kritik basınç ve bir takım boyutsuz değişkener kuanmıştır. R134a ve R kuanıarak yapıan deneyerde hesapanan ve deneyse oan ısı taşınım katsayıarı ie çizien grafikteki hata bandı ± %30 dur. Yu ve Koyoma (1998), Haraguchi tarafından iç yüzeyi pürüzsüz boruarda yoğuşma ısı taşınım katsayısının hesapanması için geiştirien eşitiği iç yüzeyi mikro kanatı boruar için geiştirmişerdir. Mikro kanatı boruardaki ısı taşınım katsayısındaki artışın teme oarak ısı geçişi yüzey aanının artmasından doayı meydana gediğini beirtmişerdir. Isı geçişi aanı iyieştirme katsayısını parametre oarak Haraguchi modeine ekemişerdir. Yatay boruda R134a, R13, R kuanarak eşitikerini kendi ve başka araştırmacıarın deneyse verieriye karşıaştırmışardır, verierin çoğunuğu ±%30 hata bandı içinde kamıştır. Cavaini & Arkadaşarı (000), Yu & Koyoma (1998), Kedzierski & Goncaves (1997), Miyara (1998) ait teorik modeeri, kendi teorik modeeri ve deneyse çaışmaarıya yatay boru içinde, mikro kanat kuanımı durumunda ouşan yoğuşma ısı taşınım katsayıarı açısından ve basınç düşümeri açısından karşıaştırmışardır. Modeerine kısa kanatar, mikro kanatar, çapraz yivi oan boruar için deneyse katsayıar ekemişerdir. Re eq >15000, 3<Pr <6,5, 0,3<Bo.Fr<508, 7 <ß<30 şartarında önerdikeri mode geçeridir. Geiştirdikeri basınç düşümü eşitikerini Kedzierski & Goncaves (1997), Haraguchi (1993), Miyara (1998), Nozu (1998) ait eşitikere karşıaştırmışardır. Tüm sonuçar ±%0 hata bandı içinde kamıştır.

42 9 Çizege 3.3 Kaynakarda yatay boruar için mevcut oan ısı geçişi modeerinden bazıarı ARAŞTIRMACI MIYARA ve ARKADAŞLARI (000) Đ 1/ Nu (Nu F Nu B ) k EŞĐTLĐK h.d = = + (3.50) Nu = 0,15.(Pr.R) ( φ / X ).Re (3.51) 0,7 0,4 F g tt Yoğunuk-vizkozite oranı Martinei parametresi X 0,5 R ρ µ = ρ gµ g 0,9 0,5 0,1 1 x ρ g µ tt = x ρ µ g (3.5) (3.53) G.X φ = 1,1 + 1,3.[ ] tt g 0,5 [g.d i. ρg.( ρ ρg )] 0,35 (3.54) Đki fazı Reynods sayısı Re G.(1 x).d = µ i (3.55) 0,75 Ga.Pr Nu.H( ).( ) 0,5 B = α (3.56) 0,5 (A mf / A s) Ph ρ + (1 x). ρ ρ 0,5 [x.( ) 0, 4.(1 x)] 1 g g α = 1 + [ ].[0, 4 + 0,6. ] 0,5 x. ρ [x + 0, 4.(1 x)] (3.57) { } 0,1 0,5 0,5 H( ) 10(1 ) 8,9 (1 ) α = α + α α α (3.58) Faz değişim sayısı Ph C (T T ) p, S WĐ = (3.59) hfg Gaieo sayısı g ρ ( ρ ρ )D Ga = 3 g i µ (3.60) { 4 + (p b t) cos β} 0,5 Amf n = b + t + As πd Đ cosβ (3.61)

43 Çizege 3.3 Kaynakarda yatay boruar için mevcut oan ısı geçişi modeerinden bazıarı 30 ARAŞTIRMACI EŞĐTLĐK MIYARA ve ARKADAŞLARI h q = (T T )A / A S WĐ mf s (3.6) (000) Devamı Q q = (3.63) π D L Đ.(p + t b) Mikro kanatı boru için DĐ = do k + p (3.64) Soğutma suyuna aktarıan ısı miktarı Q=m su C p,su T su (3.65) 0 i Boru iç yüzey sıcakığı T n(d / D ) WĐ = T Q WO + π Lk w (3.66) CAVALLINI ve ARKADAŞLARI (1999) Nu h.d h 0,8 1/ 3 s t = = 0, 05.Re eq.pr.rx (Bo.Fr) (3.67) k ρ µ 1/ C Reeq = 4M ( 1 x) + x( ) / ( π Dе ) Pr = ρg k {[ ] [ Đ ] } p, (3.68) Rx = n(1 sin( γ / ) / πd cos( γ / ) + 1 / cos( β ) (3.69) Fr = u /(gd ) (3.70) go Đ Bo = gρ πd /(8σ n) (3.71) Đ Kısa kanatar (/D Đ 0,04) s=1,4 t= -0,08 Mikro kanatar (/D Đ < 0,04) s= t= -0,6 Çapraz yivi s=,1 t= -0,6 Re eq > < Pr < 6,5 0,3 < Bo.Fr < < ß < 30

44 31 Çizege 3.3 Kaynakarda yatay boruar için mevcut oan ısı geçişi modeerinden bazıarı ARAŞTIRMACI DOBSON ve CHATO (1998) EŞĐTLĐK (G > 500 kg/m s ve tüm buhar kaitesi için) 0,8 0,4, Nu 0,03.Re.Pr. = 1 + X 0,89 tt (3.7) Sıvı faza ait iki fazı Reynods sayısı Re G.(1 x).d = µ Đ (3.73) Sıvı faza ait iki fazı Prandt sayısı Pr C. µ P, = (3.74) k Dagaı akıştaki ısı geçişi katsayısı için aşağıdaki formüer önerimiştir. (G<500 kg/m s ve Fr so <0 için) 0,1 0,5 go Θ 0,58 tt a 0,.Re Ga.Pr Nu =. + (1 ).Nu 1+ 1,11.X J π zoranmış (3.75) GD Đ Re go = (3.76) µ g g ρ ( ρ ρ )D Ga = 3 g i µ (3.77) c Nu = 0,0195.Re.Pr 1,376 + (3.78) X 0,8 0,4 1 zoranmış c tt 0 < Fr 0,7 koşuu için c = 4,17 + 5, 48Fr 1,564Fr 1 c = 1, 773 0,169Fr Fr > 0,7 koşuu için c 1 = 7.4 ve c = oarak önerimiştir.

45 3 Çizege 3.3 Kaynakarda yatay boruar için mevcut oan ısı geçişi modeerinden bazıarı ARAŞTIRMACI EŞĐTLĐK DOBSON ve CHATO Jakob sayısıı Ja C (T T ) p S WĐ = (3.79) h fg (1998) devamı Gaieo sayısı g ρ ( ρ ρ )D Ga = 3 g i µ (3.80) Θ içeren terim aşağıdaki gibi sadeeştiriebiir: Θ arccos(α 1) (1 ) π π (3.81) Soiman (1986) tarafından haka ve dagaı akış arasındaki sınırı ifade eden geiştirimiş Froude sayısı aşağıdaki gibidir: Fr 1,5 0,039 c 1+ 1, 09X 4 tt 1 so = c3 Re 0,5 Xtt Ga (3.8) Re 150 c3 = 0,05 c4 = 1,59 Re > 150 c3 = 1,6 c4 = 1,04 YU ve KOYOMA (1998) h.d i 1/ Nu = = (Nu F + Nu B ) k (3.83) Nu = 0,15.[0,3 + 0,1.Pr ]( φ / X ).Re (3.84) 1,1 0,68 F g tt Sıvı faza ait iki fazı Reynods sayısı Re G.(1 x).d = µ i (3.85) G.X φ = 1,1 + 1,3.[ ] tt g 0,5 [g.d i. ρg.( ρ ρg )] 0,35 (3.86) X tt 0,9 0,5 0,1 1 x ρ g µ = x ρ µ g (3.87) 0,75 Ga.Pr 0,5 Nu B =.H( α).( ) 1/ 4 ηa Ph (3.88)

46 33 Çizege 3.3 Kaynakarda yatay boruar için mevcut oan ısı geçişi modeerinden bazıarı ARAŞTIRMACI YU ve KOYOMA EŞĐTLĐK Boşuk oranı fonksiyonu H( α ) = α + A. α.(1 α ) (3.89) (1998) devamı ρ + (1 x). ρ ρ 0,5 [x.( ) 0, 4.(1 x)] 1 g g α = 1 + [ ].[0, 4 + 0,6. ] 0,5 x. ρ [x + 0, 4.(1 x)] (3.90) 0,1 A = 10.(1 α ) 8 (3.91) Kaynak araştırması sonucunda yatay boru içinde yapıan deneyse çaışmaar kanat yüksekiğinin 0,18 mm e kadar ki değererinde ısı geçişi katsayısında artış oduğu, 0,18 mm değerinden sonra benzer değerer görüdüğü beirenmiştir. Buna karşın basınç düşümü değereri de kanat yüksekiği ie beraber artmaktadır. Bu sebepten kanat yüksekiğinin 0,18 mm veya daha küçük bir değerde oması tavsiye edimektedir. Heis açısının (β) artırıması ie hem ısı geçişi katsayısı hem de basınç düşümü artmaktadır. 3.3 Boşuk Oranı Đçin Yapıan Çaışmaar Isı geçişi ve basınç düşümü hesapamaarında önemi faktörerden birisi de boşuk oranıdır. Kayma oranı ie boşuk oranının tespitinde, sıvı ve buhar fazarının birbirinden ayrı oarak ve farkı hızarda akmakta oduğu kabuü (Coier 1994) ie: Kayma oranı S V g = (3.9) V Boşuk oranı α = 1 1 x ρ g 1+ S x ρ (3.93) Ayrıca boşuk oranı bir başka şekide de yazıabiir: A g α = = 1 A δ R (3.94) Boşuk oranını beiremek üzere kaynakarda odukça faza çaışma mevcuttur. Zivi (1964), Đki fazı akışta minimum entropi üretimi prensibini uyguamışardır. Enerji dağıımını (energy dissipation) minimize ederek boşuk oranı ie formüe etmiştir. Bunu

47 34 gerçekeştirmek için akış şekinin tamamen haka şekinde oduğunu, buhar fazının içinde hiç sıvı omadığını, ayrıca duvar sürtünmesinden meydana geen enerji dağıımını ihma etmiştir. Martinei ve Neson (1948), Larson (1957), Maurer (1960) deneyse dataarı ie karşıaştırma yapmış, at sınırı kendi eşitiğinin üst sınırı homojen modein ouşturduğunu ifade etmiştir. Sıvı köpükenmesinin (iquid entrainment) önemi bir faktör oduğunu beirtmiştir. Geiştirien ifade ayrık (Seperated) akış için ve anaitiktir. Rigot (1973), En basit kayma oranı tabanı eşitiktir, kendi uyguaması için sabit kayma oranı değeri vermiştir. Ahren (1983), Thom (1964) un su ve su buharı verierinden yararanarak geiştirmiştir. Thom (1964) kayma oranını fazarın vizkoziteerine ve yoğunukarına bağı oarak geiştirmiştir. Buhar kaitesine bağımıık yoktur. Smith (1969), kendi modei için homojen karışım ve saf sıvıdan ouşan haka (annuus) kabu etmiştir. Homojen karışımın merkezde therma dengede değişen yoğunuk ie tek bir sıvı gibi davrandığını kabu etmiştir. Sıvı köpükenmesini (K) homojen karışım içindeki suyun kütesinin akan topam su kütesine oranı oarak tarif etmiştir. Farkı K sayıarında kendi eşitiğini diğer araştırmacıarın deneyse dataarı ie karşıaştırıp K=0,4 değerinin uygun oduğunu beirtmiştir. Smith (1960) ın modei ayrık (seperated) akış için ve yarı ampriktir ve sürtünmenin omadığı durum içindir. Levy (1960), Eşitiğini momentum değişimi (fazarın eşit sürtünme ve basınç düşümüne sahip oduğu) modeinden ede etmiştir. Geiştirdiği mode yüksek basınç ve yüksek buhar kaiteerinde su buharı içindir. Lockhart Martinei (1949), iki adet kabu vardır : birincisi akış tipi ne oursa osun statik basınç fazar için aynıdır (radya basınç gradyeninin yokuğunda geçeri bir kabudur), ikinci kabu ise boru boyunca akış tipinin değişmediğidir. Wais (1969), Lockhart Martinei deneyse verierini kuanarak eşitiğini ouşturmuştur. Lockhart Martinei parametresinin sürtünme yüzey geriimi (friction shear stres) ve basınç düşümünü dengeediğini beirtmiştir. Domanski ve Didion (1983) Wais eşitiğini geiştirmişerdir. Wais eşitiğinin X tt 10 şartında geçeri oduğunu, 10<X tt <189 arasında kendi eşitikerini önermişerdir. Baroczy (1965), Lockhart-Martinei parametresinden yararanarak boşuk oranı eşitiği geiştirmişerdir. Deneyerini izoterma, iki fazı sıvı civa-nitrojen ve su-hava çifteri için yapmıştır. Lockhart-Martinei den daha faza uyguama aanına sahiptir. Staub ve Zuber

48 35 (1964) in deneyse verierinden yararanmıştır. Tandon (1985), akışın axisymmetric oduğunu, hakanın sıvı oduğunu, buhar fazı içinde sıvı köpüğü omadığını kabu etmiştir. Ayrıca akışın kararı, tek boyutu, buhar ve hakadaki akışın türbüansı oduğunu ve önemi bir radya basınç gradyeni omadığını kabu etmiştir. Modeinin Zivi (1964) ve Wais (1969) den daha hassas oduğunu, Smith (1969) modei ie benzer sonuçar verdiğini beirtmiştir. Modei haka akış içindir ve yarı ampriktir. Graham (1998), Yatay pürüzsüz boru içinde R134a ve R410A nın yoğuşmasını inceemişerdir. Hurburt ve Newe in (1997) eşitiğini geiştirmiştir. Huburt ve Newe (1997) stratified akımdan haka akıma geçişi ik defa Froude sayısını kuanarak gösteren kişierdi. Froude sayısı kinetik enerjinin yerçekimi potansiye enerjisine oranıdır. Graham (1998) buna benzer oarak Froude sayısını kinetik enerjiden geen buharın gücünü pompanın sıvıyı test borusunun at tarafından üst tarafına kadar basması için gereki güce oranayarak yeni bir tarif yapmışardır. Todd & Arkadaşarı (003), Tandon modei sıvı fimi için universa hız profii kuandığından kayma oranını yüksek tahmin etmektedir. Eddy diffusivity fim kaınığını ve kayma oranını azattığından araştırmacıarın modei Yashar (001) modei ie uyumu çıkmıştır. Bu mode sıvı fiminin türbüansı oması ve yatay durumda haka akış şartarında iyi sonuçar verdiği görümüştür. Çizege 3.4 Kayma oranını teme aan boşuk oranı eşitikeri hakkında kaynak özeti ARAŞTIRMACI EŞĐTLĐK 1/3 1- Zivi (1964) ρg S = ρ α = x ρ g + x ρ /3 (3.95) (3.96) (/3) 1 α = x.[x + (1 x).( ρg / ρ ) ] (3.97) - Rigot (1973) S = (3.98)

49 Çizege 3.4 Kayma oranını teme aan boşuk oranı eşitikeri hakkında kaynak özeti 36 ARAŞTIRMACI EŞĐTLĐK 3- Ahren Eşitiği (1983) 0, g P.I. = µ ρ µ g ρ (3.99) P.I. 0, ,0154 0,0375 0,0878 0,187 0,466 1 S 6,45,48 1,9 1,57 1,35 1, Smith (1969) 1/ ρ L 1 x + K g x ρ s = K + (1 K) 1 x 1+ K x K=0,4 (3.100) ρ 1 + K.( 1) ρ 1 ρ 1 ρ x α = 1 +.K.( 1) +.(1 K).( 1).[ ] ρ 1 x ρ x 1+ K.( 1) x g g g 1/ 1 (3.101) 5- Levy (1960) ρ α(1 α ) + α (1 α ) + α (1 α ) + α(1 α) ρg x = ρ (1 α ) + α(1 α) ρg (3.10) Çizege 3.5 Lockhart Martineiyi teme aan boşuk oranı eşitikeri hakkında kaynak özeti ARAŞTIRMACI EŞĐTLĐK 0,8 0, Wais (1969) α = (1 + X ) (3.103) tt X tt 0,9 0,5 0,1 1 x ρ g µ = x ρ µ g (3.104)

50 37 Çizege 3.5 Lockhart Martineiyi teme aan boşuk oranı eşitikeri hakkında kaynak özeti ARAŞTIRMACI - Domanski ve Didion (1983) X tt EŞĐTLĐK 0,9 0,5 0,1 1 x ρ g µ = x ρ µ g (3.105) α = 0,83 0,157 n(x ) tt (3.106) 3- Baroczy (1965) 1 x ρ η α = [1 + ( ).( ).( ) ] x ρ η 0,74 g 0,65 0,13 1 g (3.107) Çizege 3.6 Kütese akıyı teme aan boşuk oranı eşitikeri hakkında kaynak özeti ARAŞTIRMACI 1- Tandon (1985) EŞĐTLĐK 50 < Re < 115 Re Re α = 1 1,98 + 0,993 F(X ) F(X ) Re > 115 0,315 0,63 tt tt (3.108) Re Re α = 1 0,38 + 0, 0361 F(X ) F(X ) 0,088 0,176 tt tt (3.109) 1,85 F(X ) = 0,015 + X X tt 0,476 tt tt (3.110) GD Đ Re = (3.111) µ X tt 0,9 0,5 0,1 1 x ρ g µ = x ρ µ g (3.11)

51 38 Çizege 3.6 Kütese akıyı teme aan boşuk oranı eşitikeri hakkında kaynak özeti ARAŞTIRMACI EŞĐTLĐK - Graham (1998) F t 1/ mgv g = mgd Đ (3.113) 3 x G Ft = ρg gd Đ(1 x) 1/ (3.114) F t > 0,0103 α = (3.115) 1 exp( 1 0,3n(F t ) 0, 038(n(F t )) ) F t < 0,0103 α = 0 3- Todd ve Arkadaşarı (003) 0,875 0,5 7, 4 1/ α = 1 10,06 Re (1,74 + 0,104 Re ) (1,376 + ) 1,655 Xtt (3.116) (1 x)gdđ Re = µ (3.117) 3.4 Đç Yüzeyi Pürüzsüz veya Mikro Kanatı Boruar Đçinde Buhar-sıvı Fazının Eş Yönü Akması Durumunda Yoğuşmada Basınç Düşümü Düşey boruda basınç düşümü RW. Lockhart & R.C. Martinei (1949), verier hava ve benzen, su, çeşiti yağarın iç çapı 0,14 mm,58 mm boru içinde adyabatik oarak aktığı şartar atında aınmıştır. Her fazın ayrı ayrı viskoz veya türbüansı oarak aktığı durumar için, dört farkı isoterma iki fazı akış yukarıdaki iki fazı akışkan çifteri kuanıarak deneyer yapımıştır. Basınç düşümü X parametresi ie iişkiendirimiştir. X parametresi karekök içinde boru içinde sadece sıvının akması durumunda meydana geen basınç düşümünün, boru içinde sadece gaz akması durumundaki basınç düşümüne oranı oarak tanımanmıştır. X. Ma & Arkadaşarı (004), çaışmaarında düşey durumdaki 0,8 mm iç çapındaki uzunuğu 750 mm oan pürüzsüz boruyu, iç yüzeyi hem mikro kanatı hem de te yereştirimiş (wire insert) yine iç yüzeyi sadece mikro kanatı boruar ie karşıaştırmışardır. R113 akışkanı kuanmışar ve buhar hızarını 5,5 6,5 m/s arasında test etmişerdir. Isı

52 39 akısının buhar tarafı sıcakık farkı arttıkça arttığını ve en yüksek değeri iç yüzeyi hem mikro kanatı hem de te yereştirimiş boruda ede ettikerini beirtmişerdir. Buna karşın en yüksek basınç düşümü de bu boruda ede edimiştir. Kendi deneyse verierine göre test ettikeri boruar için iki fazı sürtünme çarpanarı geiştirmişerdir. S.J. Kim & Arkadaşarı (000), nükeer rektörerde kuanıan pasif sistemerdeki boruar gibi geniş çaparda ve yüksek basınçarda su buharının yoğuşmasını deneyse oarak araştırmışardır. Deneyer iç çapı 46 mm oan, en yüksek 75 bar basıncında düşey bir boru içinde türbüansı akış şartarında yapımıştır. Boru yüzey sıcakıkarını öçerek fim yoğuşması ısı taşınım katsayısı bumuşar, iki fazı basınç düşümünü öçmüşerdir. Boru içinde haka fim akışını teme aarak türbüansı fim yoğuşması modeini önermişerdir. Çizege 3.7 Kaynakardaki mevcut düşey boru içinde iki fazı basınç düşümü eşitikerinden bazıarı ARAŞTIRMACI R.W. Lockhart & C. Martinei (1949) EŞĐTLĐK Đki fazı sürtünme basınç düşümü P P P = φ = φg z z z (3.118) Gaz fazı sürtünme basınç düşümü TP g P ( ) z g =.f g.g.x. νg D Đ (3.119) Sıvı fazı sürtünme basınç düşümü P ( ) z =.f.g.(1 x). ν D Đ (3.10) f C =, Re n f g C = (3.11) Re g m g G.x.D Re g = µ g Đ (3.1) Re G(1 x)d = µ i (3.13) Lockhart-Martinei parametresi dp dp X = ( ) / ( ) dz dz g 1/ (3.14)

53 40 Çizege 3.7 Kaynakardaki mevcut düşey boru içinde iki fazı basınç düşümü eşitikerinden bazıarı ARAŞTIRMACI R.W. Lockhart & C. Martinei (1949) devamı EŞĐTLĐK Gaz fazı için iki fazı çarpan Ø g = 1 + CX + X (3.15) Sıvı fazı için iki fazı çarpan Ø = 1 + C/X + X - (3.16) T: Türbüansı akım / L: Laminer akım Sıvı T L T L X.Ma & A.Briggs & J.W. Rose (004) Gaz T T L L C C 0, , C g 0,046 0, n 0, 0,1 0, 1 m 0, 0, 1 1 P t = ( P F) t ( P G ) t ( P A ) t ( P) G = g( αρ g + (1 α) ρ)l x (1 x) ( ) ((1 ) ) A = + αρg α ρ ( P) G α = 1 (1 x) x ρ g 1 + ( )( ).S ρ (3.17) (3.18) (3.19) (3.130) Chishom (1983) ρ S = (1 x) + x ρ g (3.131) ( P F) t = ( P) deneyse + ( P G ) t + ( P A ) t (3.13)

54 41 Çizege 3.7 Kaynakardaki mevcut düşey boru içinde iki fazı basınç düşümü eşitikerinden bazıarı ARAŞTIRMACI EŞĐTLĐK X.Ma & A.Briggs & J.W. Rose Đki fazı sürtünme basınç katsayısı f tp PF DĐ = (3.133) Re µ / ρ 4L eq 3 (004) devamı Eşdeğer Reynods sayısı Re eq G D eq Đ = (3.134) µ 0,5 Eşdeğer kütese akı G = G(1 x + x( ρ / ρ ) ) (3.135) eq g Đçi tei (wire insert) ve kanatı boru için Đçi kanatı boru için f tp =.10 7 Re eq -1,9118 f tp 1,0739 = 8959Re (3.136) (3.137) Đç yüzeyi pürüzsüz boru için f tp =731,8Re eq -0,967 (3.138) S.J. Kim & H.C. No dp dp dp dp = + + dz dz dz dz G F A (3.139) (000) dp dz G = ρ g g (3.140) 0,5 Gx(D Đ δ) G x dp = 0,079 dz µ (1 4 δ / D ) ρ (1 4 δ / D ) F g Đ g Đ dp xdđg dx = dz ρ (D δ) dz A g Đ (3.141) (3.14)

55 Yatay boruda basınç düşümü Choi & Kedzierski (00), Pierre (1964) eşitiğini yatay konumdaki bir boruda, yoğuşma ve buharaşma haerinde, pürüzsüz veya iç yüzeyi geiştirimiş boruar için geneeştirmişerdir. Araştırmacıar basınç düşümünü hesapamak için saf akışkanın yoğunuğunu Premoi (1971) boşuk oranı modeini kuanarak hesaparına yansıtmışardır. Bu modei kuanarak boşuk oranını ede etmeerinin nedeni, bu modein sıvı vizkozitesini ve yüzey geriimini içermesinden ötürüdür. Araştırmacıarın saf omayan yağ içeren akışkanar üzerine de çaışmaarı oduğundan bu mode onar için önemidir. R134a, R, R15, R3, R407C, R410A, R3/R134a akışkanarını kuanmışardır. S. Nozu & Arkadaşarı (1998), yatay mikro kanatı boruarda, CFC11 akışkanı kuanarak, yoğuşma durumunda yere ısı geçişi ve basınç düşümü hakkında araştırmaar yapmışardır. Bir adet iç yüzeyi pürüzsüz boru ie iki adet farkı kanat öçüerindeki mikro kanatarı test etmişerdir. Boru çaparı 9,41 mm, 9,5, 9,53 mm dir. Akışı öze cihazara gözememişerdir. Mikro kanatı boruar için statik basınç düşümünün pürüzsüz boruya göre % 70 e kadar daha faza oduğunu beirtmişerdir. Yere sürtünme basınç gradyanı için eşitik çıkarmışardır. Akışkan kütese debisinin akış rejimerine etkisini inceemişerdir. Goto & Arkadaşarı ( ), ısı geçişi katsayısını ve basınç düşümünü, yoğuşma ve buharaşma için, R410A ve HCFC akışkanarını kuanarak, iç çapı 7,4 mm ie 8,01 mm arasında değişen dört farkı mikro kanatı yatay bir boru için inceemişerdir. 00 kg/m s 340 kg/m s arasında değişen kütese akıarda, 10,9 bar 4,1 bar basınç değererinde çaışmışardır. Kendi deneyse sonuçarı ie önerdikeri mode ±0% hata bandı içinde kamıştır. Çizege 3.8 deki sürtünme katsayıarını buhar ve sıvı tek fazı akışar için spira yivi, 8,01/7,30 mm çapında, 18 heis açısına ve 0,17 mm kanat yüksekiğine sahip C borusu oarak adandırıan borunun yatay durumda ouşan yoğuşma durumu için ve örgü şekinde yivere sahip, 8,00/7, mm çapında, 19 heis açısına ve 0,4 mm kanat yüksekiğine sahip W borusu oarak adandırıan borunun yatay durumda ouşan yoğuşma durumu için önermişerdir.

56 43 Çizege 3.8 Kaynakardaki mevcut düşey boru içinde iki fazı basınç düşümü eşitikerinden bazıarı ARAŞTIRMACI J.Y. Choi & M.A. Kedzierski (00) EŞĐTLĐK f.l.(v + v ) P = P + P = [ + (v v )].G (3.144) N ç g F A ç g Dh f = 0, Re.K (3.145) 0,0951 0,1554 N fo f Eşitik (.145) Re K fo f > 1 oması hainde geçeridir. G.D h Re fo = (3.146) µ Pierre (1964) kaynama sayısı K f x.h fg = (3.147) L.g D h 4.A.cosβ N.S c = (3.148) p ρ ort = ρ. (1-α ) + ρ g. α (3.149) S. Nozu & Arkadaşarı dp dp = ( ξ + ς) (1998) dz F dz g (3.150) ξ = 1 + ( / Fr) (5X + 1, 6X ) (3.151) 0,5 0,8 tt tt ς = Gxα q h f fg g,car (3.15) dp f = dz g,car ρ D g g i (Gx) (3.153) Carnavos (1980) tarafından önerien iç yüzeyi kanatı boruar için: d A fg,car = 0, 046 Re (sec β) 0,5 0, n fa 0,75 g dh Afn (3.15) Gx Fr = (3.155) ρ ( ρ ρ )gd g g

57 44 Çizege 3.8 Kaynakardaki mevcut düşey boru içinde iki fazı basınç düşümü eşitikerinden bazıarı ARAŞTIRMACI S. Nozu & Arkadaşarı (1998) devamı Hidroik çap d h EŞĐTLĐK 4A = A mf πd A s { 4 + (p b t) cos β} 0,5 Amf n = b + t + As πd Đ cosβ (3.156) (3.157) Gaz fazı Reynods sayısı Gdx Re = (3.158) µ g g Fauske (1961) tarafından önerien 1 x α = 1+ x ρ ρ g 1 (3.159) Goto & Arkadaşarı ( ) dp dz = φ f (Gx) g g F ρgdđ (3.160) φ = 1+ 1, 64X (3.161) 0,79 g tt dp dz = φ f (G(1 x)) F ρdđ (3.16) φ = 1+ 7,61X (3.163) 1,70 tt Re GD Đ(1 x) = µ (3.164) GD Đ Re g = (3.165) µ g f 1, Re 4 0,53 = g 000 Re 600 (3.166) f 0,046.Re 0, = g 600 < Re 6500 (3.167) f 1, 3.10 Re 3 0,1 = g 6500 < Re 1700 (3.168)

58 45 Çizege 3.8 Kaynakardaki mevcut düşey boru içinde iki fazı basınç düşümü eşitikerinden bazıarı ARAŞTIRMACI Goto & Arkadaşarı ( ) devamı f 9,.10 3 EŞĐTLĐK = 1700 Reg f,17.10 Re 0,08 = g f 1,1.10 Re 3 0,8 = g < (3.169) Re < 3900 (3.170) 3900 Re (3.171) f 1,53.10 = Reg < (3.17)

59 46 4. DENEYSEL ÇALIŞMALAR 4.1 Deney Seti Şematik resmi şeki 4.1 de verien deney tesisatının fotografarı şeki 4. de görümektedir. Sıvı R134a değişken hızı, kademei dişi pompa (1) ie önce coriois tipi debi öçere () daha sonra pakaı ısı değiştirici tipindeki buharaştırıcıya (3) basımaktadır. R134a nın basıncı ve sıcakığı buharaştırıcı (3) giriş ve çıkışında öçümektedir. Sıvı R134a, buharaştırıcıya (3) termostattan (5) geen sıcak akışkan su ie buharaşmaktadır. Termostat (5) bir su deposundan aınan ve sıcakığı kontro edien su ie çaışmaktadır. Termostada (5) sirküe eden suyun debisi türbin tipi debi öçer (4) ie ayaranmaktadır. Termostat (5) giriş ve çıkışında su sıcakıkarı ısı çifter ie öçümektedir. Buharaştırıcı (3) dan R134a gazı önce bir sıvı-buhar ayrıştırıcısına (6) gemekte, orada sıvı R134a tekrar buharaştırıcı çıkışına gönderiirken, gaz R134a gözeteme camından (7) test borusuna (8) doymuş kuru buhar oarak sevk edimektedir. Buharaştırıcı (3) dan çıkan R134a gazı sıcakığı ve basıncı test borusu (8) girişi sıcakık ve basıncına eşit oması istenmektedir. Bu nedene aradaki boru tesisatı bir termostat ie kontro edien şerit tipi ısıtıcı ie ısıtııp dış yüzeyi izoe edimiştir. Test borusu (8) iç içe geçmiş aynı ekseni iki borudan ouşmaktadır (şeki 4.3). Đç borunun iç hacminden R134a gazı yukarıdan aşağı yönde akmakta iken, soğuk akışkan su iki boru arasında kaan haka içerisinde aşağıdan yukarıya doğru akmaktadır. Test borusu (8) giriş ve çıkış basınç farkı fark basınç öçer cihazı (9) ie öçümektedir. Test borusu (8) içindeki R134a gazı soğuk akışkan oarak su kuanıan bir düzeneke soğutumaktadır. Bu düzenek termostat (10) ve türbin tipi debi öçer (11) ve sıcakık öçümeri için pt100 den ouşmaktadır. Test borusu (8) çıkışında yoğuşan R134a gazı ayrıştırma kabında (1) gaz ve sıvı omak üzere ayrıştırıır. Sıvı R134a yoğuşan miktarın öçümesi için öçeki siindire (13) sevk ediirken, gaz R134a ise pakaı yoğuşturucuya (14) gönderimektir. Yoğuşturucuda (14) soğuk akışkan oarak doaşan su termostat (15), rotametre (16) ve ısı çifterden ouşan düzenek ie sıcakık ve debisi kontro ediip öçümektedir. Yoğuşturucudan (14) çıkan R134a sıvısı R134a sıvı deposunda (18) topanmaktadır. Sıvı deposunda (18) gerektiği takdirde R134a nın sıcakığını artırmak ya da azatmak amacıya bir başka düzenek (termostat (19), rotametre ve ısı çifter) devreye aınabimektedir.

60 47 Şeki 4.1 Deney tesisatının şematik resmi

61 48 (a) Tesisatın gene görünüşü (b) Tesisatın arkasındaki su depoarı Şeki 4. Deney tesisatının resimeri Öçeki siindirden (13) geen sıvı R134a bypass hattı bağantısıya sıvı deposuna (18) ietiir. Sıvı deposundan (18) tekrar pompa (1) vasıtasıya R134a sıvısı deney düzeneğinde sirküe edimek üzere basımaktadır.

62 49 4. Test Borusu Düşey boru içinde R134a nın yoğuşmasında gaz-sıvı fazının aynı yönde akması durumunda ısı geçişi ve basınç düşümünü beiremek için iki adet bakır boru kuanımıştır. Bunardan bir tanesi pürüzsüz, diğeri ise Wieand/Amanya firmasından tedarik edien iç yüzeyi mikro kanatı borudur. Test boruarının konstrüksiyon parametreeri Çizege 4.1 de sunumuştur. Test borusu şeki 4.3 de görüdüğü gibi merkezeri çakışık şekide yereştirimiş, iç içe geçmiş iki borudan ouşmaktadır. R134a nın yoğuşması içteki borunun iç yüzeyinde ve yukarıdan aşağı doğru gerçekeşmektedir. Đki boru arasındaki haka hacminden aşağıdan yukarı doğru soğuk akışkan oan su akmaktadır. Test borusu bakırdan yapımıştır. Haka tarafındaki boru mazemesi, iç yüzeyi pürüzsüz boru kuanıdığı zaman peksigass, mikro kanatı boru kuanıdığı zaman montaj koayığından ötürü bakır kuanımıştır. Haka tarafındaki borunun dış çapı 19 mm ve et kaınığı 1,5 mm dir. Mikro kanat boru iç çapı Miyara nın (000) önerdiği eşitik 3.64 ie buunmuştur. Şeki 4.3 Test bögesi

63 50 Çizege 4.1 Test boruarının konstrüksiyon parametreeri Test Borusu Boyu Dış çap Et kaınığı K.yüksekiği H. açısı Kanat Yüzey aanı L d d k ß adedi artışı (mm) (mm) (mm) (mm) ( ) n A mf /A s Pürüzsüz , Mikro Kanatı 500 7,94 0,8 0, ,38 (a) (b) Şeki 4.4 Bu çaışmada kuanıan mikro kanatı bir borunun eektron mikroskobunda 100 kat büyütümüş kesit resmi

64 Cihazar ve Öçü Aeteri Çizege 4. Deney tesisatında kuanıan cihazarın modeeri ve özeikeri ÖLÇÜ ALETĐ ÖZELLĐKLERĐ ADEDĐ Sıcakık Öçümü Su Pompaarı R134a Pompası Özeikeri T Tipi Isı Çift Ø 0,5 mm, L=5 m T Tipi Isı Çift Ø 0,5 mm, L=5 m Pt-100 Sıcakık Öçer Ø mm Sirküasyon Pompası Maksimum 6 bar Basınç Maksimum 3000 t/h Debi Maksimum 16 bar Basınç Maksimum 300 t/h Debi Adedi Su Debimetreeri Hassasiyeteri % 1, % Debi Araığı t/h 4-0 ma bigisayar çıkışı Su Rotametreeri Hassasiyeteri % 5 Debi Araığı t/h R134a Debimetresi Hassasiyeti %0,1 1 Debi Araığı 0,1-65 kg/h Coriois Tipi 4-0 ma bigisayar çıkışı

65 5 Çizege 4.. Deney tesisatında kuanıan cihazarın markaarı, modeeri ve özeikeri ÖLÇÜ ALETĐ ÖZELLĐKLERĐ ADEDĐ R134a Basınç Öçüm Cihazı Hassasiyeti %0,5 R134a Fark Basınç Öçüm Cihazı Buharaştırıcı Yoğuşturucu Öçüm Araığı 0-16 bar 4-0 ma bigisayar çıkışı Hassasiyeti %0,05 Öçüm Araığı 0-50 mbar 4-0 ma bigisayar çıkışı BP Kodu Pakaı Tip 1 Su Depoarı Termostat Pastik 100 t Hacimi Üstü Atmosfere Açık 0-90 C araıkı Dijita, PID kontroü 0.1 C ayaranabiir 4 5 Isıtıcı 1.8 kw gücünde 4 Gözeteme Camı 16 bar basınca dayanıkı Cam, Öze yapım 1 Vanaar Đğne vana ve diğereri R134a ya ve işetme basıncına uygun 15

66 53 Çizege 4.. Deney tesisatında kuanıan cihazarın markaarı, modeeri ve özeikeri ÖLÇÜ ALETĐ ÖZELLĐKLERĐ ADEDĐ Pc kartar (Panasoni-Nais 64 kanaı) Bigisayarda Basınç, Sıcakık, Debi Öçümü Đçin Programı ve Kaboarı 1 Bigisayar Pentium -350 mhz 1 Fexibe Hortum 16 bar basınca dayanıkı Cam Gösterge 40 cm boyunda Skaaı, 16 bar basınca dayanıkı Verierin Bigisayara Aktarıması 6 adet pt100, 6 adet T tipi ısı çift, adet basınç öçer, 1 adet fark basınç öçer, 3 adet debimetre 64 kanaı PLC veri topama ünitesine giriş yapmaktadır. PLC cihazından RS3 kabosu ie bigisayara bağanmaktadır. Veri topama programında tüm verierin değişimi anık oarak görüebimekte, istenien kanaarın zamana değişimi grafikse oarak izenebimektedir. Program kayıt işemini saniyede 10 adet verinin ortaamasını aarak, her saniye için verieri MS.Exce programına çıktı verebiecek şekide gerçekeştirmektedir. Verier aınırken sistemin rejime girdiği durumdaki 1 dakikaık değererin aritmetik ortaaması kuanımıştır. Isı çifter / pt100 / Basınç öçerer / Fark basınç öçer / Debimetreer (0-10v) (0-10v) (4-0 ma) (4-0 ma) (4-0 ma) PLC PC Şeki 4.5 Veri topama sisteminin şematik diyagramı

67 Deney Tesisatı Fotografarı Şeki 4.6 R134a sıvı-buhar ayracı ve ısıtıcı direnç tei Şeki 4.7 Deney tesisatında kuanıan dijita göstergei, 4-0 ma çıkışı basınç öçer

68 55 Şeki 4.8 Deney tesisatında kuanıan 4-0 ma çıkışı basınç öçer Şeki 4.9 Deney tesisatında kuanıan dijita göstergei, 4-0 ma çıkışı R134a debimetresi

69 56 Şeki 4.10 Deney tesisatında buharaştırıcı ve yoğuşturucu amaçı oarak kuanıan pakaı ısı değişitiricisi Şeki 4.11 Deney tesisatının kaidesi

70 57 Şeki 4.1 Deney tesisatında kuanıan PLC Şeki 4.13 Deney tesisatında kuanıan güç kaynağı ve R134a deposu

71 58 Şeki 4.14 Deney tesisatında kuanıan bigisayar ve basınç kaibratörü Şeki 4.15 Yoğuşan R134a nın debisinin süre tutuarak öçüdüğü öçeki cam tüp