T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 1 ÇOKLU ISI DEĞİŞTİRİCİSİ DENEYİ

Transkript

1 T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER ÇOKLU ISI DEĞİŞTİRİCİSİ DENEYİ ÖĞRENCİ NO: ADI SOYADI: DENEY SORUMLUSU: YRD. DOÇ. DR. BİROL ŞAHİN DEĞERLENDİRME: GÜMÜŞHANE-202

2 ÇOKLU ISI DEĞİŞTİRİCİSİ DENEYİ. Grş: Mühendslk uygulamalarında en öneml ve en çk karşılaşılan knulardan brs, farklı sıaklıklardak k veya daha fazla akışkan arasındak ısı transferdr. Isı değştrler, brbrne karışmaları engellenen, sıaklıkları farklı k akışkan arasında ısı değşmn sağlayan hazlardır. Isı değştrlernn pratkte genş br uygulama alanı bulunmaktadır. Termk santraller, kmya ve gıda endüstrs, atık ısının ger kazanımı, sğutma, ısıtma ve klmlendrme tessler, ısı deplama sstemler, yağ sğutma ünteler ısı değştrlernn başlıa uygulama alanlarıdır. 2. Deneyn Amaçları: Eş merkezl br ısı değştrsnde paralel akışın gösterlmes, Isı değştrler çn Termdnamğn brn kanunun yazılması, Tplam ısı geçş katsayısının hesaplanması. 3. Deney Düzeneğ: Eş merkezl brular arasındak ısı transfern nelemek çn Şekl de görünen HT320 Çklu Isı Değştr Eğtm Set adlı deney düzeneğ kullanılmaktadır. Deney düzeneğ üzernde brden fazla ısı değştrs bulunmaktadır. Bunlar: İç çe brulu (kaksyel) ısı değştrs, plakalı ısı değştrs, yüzey ve bru tp ısı değştrs, fanlı serpantn (fanl) tp ısı değştrsdr. Isı değştrsnde farklı sıaklıklarda en az k akışkan bulunmalıdır. Burada sıak akışkan larak br ısıtma tankı çersnde 2500 W lık k adet ısıtııyla ısıtılan sıak su, sğuk akışkan larak şebeke suyu kullanılmaktadır. Sıak suyun dlaşımını sağlayan küçük br pmpa, deney düzeneğnn en alt bölgesne yerleştrlmştr. Sıak akışkanın debs üç kademel dlaşım pmpası yardımıyla değştrleblmektedr. Deney düzeneğnn su grş hrtumu şebeke musluğuna bağlanarak ssteme sğuk su grş sağlanmaktadır. Sıak ve sğuk akışkanların debler rtametreler yardımıyla ölçülmektedr. Isı değştr tpne bağlı larak sıak ve sğuk su klektörlerndek gerekl vanalar açılarak su grş-çıkışı sağlanmaktadır. 2

3 Basınç gösterges Hava tahlyes Sğuk su klektörü Genleşme depsu Sıak su klektörü Su lave grş Sğuk su grş Sğuk su debmetres T3 İç çe brulu (kaksynel) ısı değştr Plakalı ısı değştr T5 T6 T7 T8 Fanlı serpantn (fan-l) Sıak su debmetres T2 T4 T Basınç göstergeler Yüzey bru tp ısı değştr (Shell and tube) Sğuk su çıkışı Dlaşım pmpası Isıtma tankı (2x2500 W) 4. Hesaplamalar: Şekl. Deney düzeneğnn şematk gösterm. Enerj denges Br ısı değştrsnn perfrmansı hakkında blg sahb lablmek çn, ısı değştrsndek tplam ısı geçş le akışkan grş ve çıkış sıaklıkları, tplam ısı geçş katsayısı ve ısı geçş tplam yüzey alanı arasında br bağıntı bulunması gerekr. 3

4 Çevreye lan ısı kaybı, ptansyel ve knetk enerjlerdek değşmler hmal edlmştr. Ayrıa faz değşmnn lmadığı ve özgül ısıların sabt kaldığı kabul edlmştr. Bu şartlara sahp br ısı değştrs çn: ( T T ) = sıak akışkandan lan ısı geçş mktarı () Q mhc h h, h, ( T T ) = sğuk akışkana lan ısı geçş mktarı (2) Q 2 mc,, Termdnamğn brn kanunu analz bze sıak akışkanın entalpsndek düşüşü ve sğuk akışkanın entalpsndek yükselş vermektedr. Bu da enerj denges larak adlandırılır. h ( h h ) h + m ( h h ) Q = m veya (3) ( T T ) + m C ( T T ) = (4) Q mhc h h, h,,, Terde bu denklemn değer sıfırdır. Fakat deney sırasında meydan gelen kayıp ve tersnmezlklerden dlayı snuç sıfırdan farklı çıkmaktadır. Taşınım katsayısı ve tplam ısı geçrme katsayısı İç ve dış taraftak ısı taşınım katsayısı belrlenrken Newtn sğuma kanunundan yararlanılmaktadır. Q=UA( T) (5) Burada; U : tplam ısı geçrme katsayısı (W/ m 2 K) T : rtalama sıaklık farkı ( C ) A : ısı transfer yüzey alanı (m 2 ) Şekl 2 den görüldüğü gb sıaklık, ısı değştrs byuna paralel ve zıt akış durumları çn akış dğrultusunda değşmektedr. Dlayısıyla uygun br sıaklık farkı elde etmek çn lgartmk sıaklık farkı kullanılmalıdır. Cdar kalınlığının ne ve ısı letm katsayısının büyük lduğu göz önüne alınarak dardak letm term hmal edleblr. Bu kabuller altında kanatsız, brulu ısı değştrler çn tplam ısı geçrme katsayısı U = (6) + h h h 4

5 Paralel akışlı ısı değştrs Zıt akışlı ısı değştrs Şekl 2. Paralel ve zıt akışlar çn sıaklıkların ısı değştrs byuna değşm. Lgartmk rtalama sıaklık farkı, T LM T T2 = T ln T2 Paralel akış çn T = T h, T, ve = T h T T 2,, (7) Zıt akış çn ve = T h T T = T h, T, T 2,, Burada T LM ; lgartmk sıaklık farkını fade etmektedr. Isıtma suyuna verlen yük: ( T T ) = m C ( T ) Q = (8) mhc h h, h, h h 2 T Sğutma suyuna aktarılan yük: ( T T ) = m C ( T ) Q = (9) 2 mc,, 4 T3 Kayıplar hmal edldğ durumda Q 2 = Q laaktır. Q Isı geçrgenlk değer: U = A. T LM 5 [W/m 2 K] A=0,0967 m 2 (0)

6 Bu durumda rtalama ısı taşınım katsayısı m C h = ( T T ), A. T LM, bağıntısıyla hesaplanır. Buradan aşağıdak gb byutsuz ısı transfer katsayısı lan rtalama Nusselt sayısı ( N u) hesaplanablr: () hd N u = k (2) Burada; k, sğuk akışkanın (su) ısı letm katsayısıdır ve değer rtalama sıaklığa göre özelk tablsundan belrleneektr. Bru çnde akan su çn Reynlds sayısı hesaplanırsa, Re = 4m D µ π (3) (3) eştlğnde yer alan sğuk akışkanın (su) kütlesel debs m aşağıdak gb hesaplanablr: ( kg / m 3 3 ) V ( m s) m = ρ / Burada; V hamsel debdr ve (lt/h) brmnde Tabl den kunablr. Burada; Sğuk akışkan çn Prandtl sayısı hesaplanırsa, µ p υ Pr = = (5) k α µ: akışkanın dnamk vskztes, k: akışkanın ısı letm katsayısıdır. Her k büyüklüğün değer rtalama sıaklığa göre özelk tablsundan kunaaktır. 5. DENEYİN YAPILIŞI ) Sgrtalar açılıp (ON) knumuna getrlr. 2) Pmpa çalıştırılır. Sıak su klektöründek 4 n lu, sğuk su klektöründek 5 n lu vana açılır. Debler 800 L/h ye ayarlanır. 3) Isıtıı anahtarları açılır. (2500 W) 4) Sstem kararlı hale gelne sıaklık ve deb değerler aşağıdak tablya kaydedlr. 6 (4)

7 5) Tabl değerler kullanılarak aşağıdak hesaplamalar yapılır. Sıak ve sğuk su çn özgül ısı değerler gerekl tabllardan yararlanılarak bulunur. Sıak ve sğuk su çn rtalama su sıaklıkları kullanılır. Tabl. Ölçülen değerler Ölçüm sayısı Sıak su grş sıaklığı, T [ 0 C] Sıak su dönüş sıaklığı, T 2 [ 0 C] Sğuk su grş sıaklığı, T 3 [ 0 C] Sğuk su dönüş sıaklığı, T 4 [ 0 C] Isıtıı grş güü, P [kw] Pmpa ve fan grş güü, P 2 [kw] Pmpa grş basını, p [MSS] Pmpa çıkış basını, p 2 [MSS] Basınç kaybı, p 2 -p [MSS] Sıak suyun debs m (L/h) 800 Sğuk suyun debs m 2 (L/h) DENEYDEN İSTENENLER. Deneyn amaı ve deney düzeneğnn tessat şemasıyla brlkte kısaa tanıtılması. 2. Hesaplar kısmında verlen terk blgye ve deney verlerne göre Tabl 2 dek değerlern hesaplanması. (Raprda sadee br ölçüm çn hesaplama ayrıntılarının verlemes gerekmektedr.) 3. Isı değştrs byuna akışkanların sıaklık değşmn gösteren grafk(t( C)- L(mm)) Nu = a Re gb br fadeyle deney snuçlarının Pr 0. 4 genelleştrlmes (a ve b katsayılarının tayn edlmes) 4. Elde edlen snuçlardan hareketle; ( ) b Nu Pr 5. Dttus-Belter tarafından verlen ( ) 0. 8 Nu Pr ( ) 0. 9 = 0.05 Re 0.4 = Re 0.4 ve Kern tarafından verlen fadeler le elde edlen fadenn grafk rtamda karşılaştırılması. 7

8 (Her üç fadenn; OY eksen ln Nu 0.4 Pr ve OX eksen ln(re)laak şeklde uygun br ölçekle çzlmes uygun laaktır.) 6. Deneyn sze katkısı nedr? Tabl 2. Hesaplanaak büyüklükler. Hesaplanaak büyüklükler Sıak akışkanın ısı değştrye grş ve çıkışı arasındak sıaklık farkı Sğuk akışkanın ısı değştrye grş ve çıkışı arasındak sıaklık farkı Sıak akışkan le sğuk akışkan arasındak rtalama lgartmk sıaklık farkı; ΔT LM Deney N Sıak akışkanın kaybettğ ısı, Sğuk akışkanın kazandığı ısı, Isı geçrgenlk değer, U Su çn Nusselt ( Nu ) sayısı Sğuk akışkan (su) çn Reynlds ( Re ) sayısı Sğuk akışkan (su) çn Prandtl ( Pr ) sayısı 8

9 HT-320 TEKNİK ÖZELLİKLER MALZEMENİN ADI ÖZELLİĞİ Plakalı ısı değştr Danfss BS H A=0,52 m 2 İç çe brulu ısı değştr (kaksyel) 5/8-7/8 A=πDL=3.4x0,06x,9255=0,0967 m 2 Fanlı serpantn üntes (fan-l) HSK HAD-0- Alın yüzey A y =0,025 m 2 A=0,25 m 2 Yüzey bru ısı değştr (shell and tube) Kntherm yağ sğutuu, A=0,5 m 2 Kapalı genleşme kabı Kmb t V=4/3πR 3 =4/3 π 0, 3 =0,0042 m 3 Dlaşım pmpası Elektrk ısıtıı Çk nktalı sayısal termmetre Alark NPVO-26-P ( bru bağlantılı), üç kademel 2x2500 W Dmmer (fan hız kntrlü) V-K (500 W) Dış ölçüler EVCO TM 03T N7 (-40 /+0 C) 0,5x,0x,45 m Tabl 3. Sembller Tabl 4. İndsler A ısı transfer alanı m 2 L etkn uzunluk m C özgül ısı J kg - K - h Entalp kj kg - m kütlesel deb kg s - T Sıaklık C ρ Yğunluk kg m -3 α Isıl yayınım katsayısı µ Dnamk vskzte ν Knematk vskzte N s m -2 k ısı letm katsayısı W m - K - Nu Nusselt sayısı --- Re Reynlds sayısı --- Pr Prandtl sayısı --- ĥ rtalama ısı taşınım katsayısı W m -2 K - U tplam ısı geçş katsayısı W m -2 K - Q ısı geçş mktarı W h LM sıak sğuk grş çıkış Lgartmk rtalama sıaklık farkı 9