İç İçe Borulu Isı Değiştiricisine Yerleştirilen Helisel Yayların Isı Transferi ve Basınç Düşümü Üzerindeki Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi



Benzer belgeler
EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

DEÜ Makina Mühendisliği Bölümü MAK 4097

ISI DEĞĠġTĠRGEÇLERĠ DENEYĠ

HELİSEL BORULARDA AKIŞ VE ISI TRANSFERİNİN İNCELENMESİ. Fırat Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makina Eğitimi Bölümü, 23119, Elazığ

SU-SU ÇİFTİ TÜRBÜLANSLI AKIŞ ISI EŞANJÖRÜ DENEYİ ISI EŞANJÖRÜNDE ETKENLİK TAYİNİ DENEYİ

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MOTORLAR LABORATUARI

ŞEKİL P4. Tavanarası boşluğu. Tavanarası boşluğu. 60 o C. Hava 80 o C 0.15 m 3 /s. Hava 85 o C 0.1 m 3 /s. 70 o C

ISI TEKNİĞİ LABORATUARI-1

ADIYAMAN ÜNİVERSİTESİ

Radyatör Arkalarına Yerleştirilen Yansıtıcı Yüzeylerin Radyatör Etkisi

HAVA ARAÇLARINDAKİ ELEKTRONİK EKİPMANLARIN SOĞUTULMASINDA KULLANILAN SOĞUTMA SIVILARININ PERFORMANSA BAĞLI SEÇİM KRİTERLERİ

Abs tract: Key Words: Abdullah YILDIZ Mustafa Ali ERSÖZ

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 4

AKIŞKANLARIN ISI İLETİM KATSAYILARININ BELİRLENMESİ DENEYİ

Su Debisi ve Boru Çapı Hesabı

Makale. ile ihtiyacın eşitlendiği kapasite modülasyon yöntemleri ile ilgili çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir

ISI DEĞİŞTİRİCİLERLE İLGİLİ ÖRNEK SORU VE ÇÖZÜMLERİ

PARALEL AKIŞLI ISI EŞANJÖRÜ DENEYİ

HAVA SOĞUTMALI BİR SOĞUTMA GURUBUNDA SOĞUTMA KAPASİTESİ VE ETKİNLİĞİNİN DIŞ SICAKLIKLARLA DEĞİŞİMİ

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

KAYNAMALI ISI TRANSFERİ DENEYİ. Arş. Gör. Emre MANDEV

ISI DEĞİŞTİRİCİ (EŞANJÖR) DENEYİ

PARALEL VE ZIT AKIŞLI ISI DEĞİŞTİRİCİLERİ DENEYİ

7. BÖLÜMLE İLGİLİ ÖRNEK SORULAR

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFERİ LABORATUARI

DENEYSAN EĞİTİM CİHAZLARI SANAYİ VE TİCARET LTD. ŞTİ.

Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi Pamukkale University Journal of Engineering Sciences

DELİNMİŞ KANATLI BORU KANAT TİPİ ISI DEĞİŞTİRİCİLERİNDE YARATILAN TÜRBÜLANSIN ISI TRANSFERİ VE BASINÇ DÜŞÜMÜNE ETKİSİ

MAK-LAB007 AKIŞKAN YATAĞINDA AKIŞKANLAŞTIRMA DENEYİ

+ 1. ) transfer edilir. Seri. Isı T h T c sıcaklık farkı nedeniyle üç direnç boyunca ( dirençler için Q ısı transfer miktarı aşağıdaki gibidir.

Abs tract: Key Words: Gökhan ARSLAN

KMB405 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı II 3. ISI DEĞİŞTİRİCİ. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

SANTRALLERİ SICAK SULU ISITMA DENGELENMESİ. üçüka Dokuz Eylül Üniversitesi Makina Müh. M

DENEYSAN EĞİTİM CİHAZLARI SANAYİ VE TİCARET LTD. ŞTİ.

1. Aşağıda verilen fiziksel büyüklüklerin dönüşümünde? işareti yerine gelecek sayıyı bulunuz.

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ONDOKUZ MAYIS ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ KĠMYA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ KMB 405 KĠMYA MÜHENDĠSLĠĞĠ LABORATUVARI - 3

ORİFİS TİPİ BLOKAJIN BORULARDA TÜRBÜLANSLI ISI TRANSFERİNE ETKİSİ. Öğr. Gör. Burhan CANLI. S.Ü. Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu

ISI TEKNİĞİ PROF.DR.AHMET ÇOLAK PROF. DR. MUSA AYIK

GÜNEŞ ENERJİLİ TABİİ SİRKÜLASYONLU ENDİREKT SICAK SU HAZIRLAMA SİSTEMLERİNDE KANATÇIK KULLANMANIN ISIL ANALİZİ

T.C RECEP TAYYİP ERDOĞAN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE LABORATUVARI 1 DERSİ TERMAL İLETKENLİK DENEYİ DENEY FÖYÜ

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFER LABORATUVARI SUDAN SUYA TÜRBÜLANSLI AKIŞ ISI DEĞİŞTİRİCİSİ

Sabit Isı Akısına Sahip Bir Boruda Isı Transferi Artımının Entropi Üretimi Üzerindeki Etkisi

DUVARMATĠK 1150 MODÜLER DUVAR PANELĠNĠN ISI ĠLETĠM KATSAYISININ VE SES ĠLETĠM KAYBININ TAYĠNĠ

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

AKM 205 BÖLÜM 8 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ

ISI POMPASI DENEY FÖYÜ

ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ KMB-305 KİMYA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI I

RADYATÖR ARKALARINA YERLEŞTİRİLEN YANSITICI YÜZEYLERİN RADYATÖR ETKİNLİĞİNE ETKİSİ

Isı Kütle Transferi. Zorlanmış Dış Taşınım

Şekil-1 Yeryüzünde bir düzleme gelen güneş ışınım çeşitleri

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

SICAK SU HAZIRLAYICISI (BOYLER)

YOĞUŞMA DENEYİ. Arş. Gör. Emre MANDEV

Farklı Plaka Yüzey Açısına Sahip Plakalı Isı Değiştiricilerin Ekserji Analizi

DENEY FÖYLERİ DENEYSAN EĞİTİM CİHAZLARI SANAYİ VE TİCARET LTD. ŞTİ.

MAK104 TEKNİK FİZİK UYGULAMALAR

KMM 302 KİMYA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI I

Isıtma Sistemlerinde Kullanılan Plakalı Isı Değiştiricilerin Termodinamik Analizi

XII. ULUSAL TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ ERGİN BAYRAK, NACİ ŞAHİN Nisan 2015, İZMİR

ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ OTOMOTİV MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

TAŞINIMIN FİZİKSEL MEKANİZMASI

GÜNEŞ ENERJĐSĐ IV. BÖLÜM. Prof. Dr. Olcay KINCAY

Taşınım Olayları II MEMM2009 Akışkanlar Mekaniği ve Isı Transferi bahar yy. borularda sürtünmeli akış. Prof. Dr.

Çapraz AkıĢlı Düz Borulu Saptırmalı Boru Demetinde Isı Transferi ve Basınç Kaybının Deneysel Olarak Ġncelenmesi

Özel Laboratuvar Deney Föyü

SOĞUTMA EĞİTİM SETİ ŞEMASI. 2 kompresör. t 1

Dr. Fatih AY. Tel: ayfatih@nigde.edu.tr

ISI İLETİM KATSAYISININ BELİRLENMESİ DENEYİ GENEL BİLGİLER

f = =

AKIġKANLAR MEKANĠĞĠ LABORATUARI 1

KLİMA SANTRALLERİNDEKİ BOŞ HÜCRELER İÇİN TASARLANAN BİR ANEMOSTAT TİP DİFÜZÖRÜN AKIŞ ANALİZİ

KBM0308 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I ISI İLETİMİ DENEYİ. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

OREN303 ENERJİ YÖNETİMİ KERESTE KURUTMADA ENERJİ ANALİZİ/SÜREÇ YÖNETİMİ

MAK-LAB009 DOĞAL VE ZORLANMIġ TAġINIM YOLUYLA ISI TRANSFERĠ DENEYĠ

JEOTERMAL BÖLGE ISITMA SİSTEMLERİNDE SICAKLIK KONTROLUNUN DÖNÜŞ SICAKLIĞINA ETKİSİ

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI LABORATUVARI DOĞAL VE ZORLANMIŞ TAŞINIM DENEY FÖYÜ

İKLİMLENDİRME DENEYİ FÖYÜ

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

HT-332 DOĞAL VE ZORLANMIŞ ISI TAŞINIM EĞİTİM SETİ DENEY FÖYLERİ

TRAKYA ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK MĠMARLIK FAKÜLTESĠ MAKĠNE MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ ENERJĠ ANABĠLĠM DALI VE TERMODĠNAMĠK ANABĠLĠM DALI LABORATUARLARI

LEVHA KANATLI BORULU TİPLİ BİR BUHARLAŞTIRICININ ISIL DAVRANIŞININ ENTALPİK TÜNELİNDE DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi

Bölüm 8 EKSERJİ: İŞ POTANSİYELİNİN BİR ÖLÇÜSÜ. Bölüm 8: Ekserji: İş Potansiyelinin bir Ölçüsü

MİKRO BORULARDA BASINÇ DÜŞÜŞÜ

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

NÖ-A NÖ-B. Şube. Alınan Puan. Adı- Soyadı: Fakülte No: 1. Aşağıda verilen fiziksel büyüklüklerin eşit olduğunu gösteriniz. 1/6

NOT: Pazartesi da M201 de quiz yapılacaktır.

SORU 1) ÇÖZÜM 1) UYGULAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ 1

KROÇİL BORULU BUHARLAŞTIRICILARA VE SIVILAŞTIRICILARA İLİSKİN DENEYSEL VE TEORİK SONUÇLAR

Borularda Akış. Hesaplamalarda ortalama hız kullanılır.

ÇÖZÜM 1) konumu mafsallı olup, buraya göre alınacak moment ile küçük pistona etkileyen kuvvet hesaplanır.

5. BORU HATLARI VE BORU BOYUTLARI

Kalorifer Tesisatı Proje Hazırlama Esasları. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Doç. Dr.

Makina Mühendisliği Bölümü Makine Laboratuarı

BORULARDA ISI KAYBI VE YALITIMI

BÜLENT ECEVİT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK490 Makine Laboratuarı Dersi Akışkanlar Mekaniği Deneyi

4.Sıkıştırılamayan Akışkanlarda Sürtünme Kayıpları

Transkript:

Fırat Üniv. Fen ve Müh. Bil. Dergisi Science and Eng. J of Fırat Univ. 18 (4), 559-564, 2006 18 (4), 559-564, 2006 İç İçe Borulu Isı Değiştiricisine Yerleştirilen Helisel Yayların Isı Transferi ve Basınç Düşümü Üzerindeki Etkisinin Deneysel Olarak İncelenmesi Rasim BEHÇET 1 ve Cumali İLKILIÇ 2 1 Dicle Üniversitesi Batman Teknik Eğitim Fakültesi 2 Fırat Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi rbehcet@dicle.edu.tr (Geliş/Received: 18.08.2005; Kabul/Accepted: 21.06.2006) Özet: Bu çalışmada, helisel yay elemanların paralel akışlı ısı değiştiricilerinin performansını nasıl etkilediklerini deneysel olarak incelemek için bir deney düzeneği kurulmuştur. Bu deney düzeneği; paralel akışlı hava-su ısı değiştiricisi, hava fanı, elektrikli hava ısıtıcısı, varyak, sıcaklık ölçüm cihazı, U manometresi, çeşitli adımlara sahip helisel yay elemanları, su tankı ve diğer yardımcı elemanlar ile ölçüm aygıtlarından meydana gelmiştir. Deneyler, 10 ve 20 mm adımlarındaki helisel yaylar ısı değiştiricisi içerisine yerleştirilerek 3500 ile 8500 arasında değişen Reynolds sayılarında yapılmıştır. Farklı adımlardaki helisel yaylar ile yapılan deneylerde, Reynolds sayısının artmasıyla ısı transferinin iyileştiği gözlenmiştir. Bununla beraber, Reynolds sayısının artmasıyla basınç kayıpları da arttığından, kullanılan iyileştirme tekniğinin termodinamik olarak avantajlı olup olmadığını belirlemek için, entropi üretimi hesaplanmıştır. Anahtar Kelimeler: Isı değiştirici, Helisel yaylar, Isı transferi, Basınç düşümü Experimentally Investigation of the Effect of Helical Springs on Heat Transfer and Pressure Drop Placed in Concentric Tube Heat Exchanger Abstract: In this study, to investigate the influence of and helical spring elements on parallel flow heat exchanger performance, an experimental set up was constructed. This experimental system consists of parallel flow air-to-liquid heat exchanger, air fan, electrical air heater, variac, thermometer, U manometer, helical spring elements with various pitch, water reservoir and other apparatus and measurement equipment. Experimental studies have been carried out with helical spring elements which have 10 and 20mm steps placed inside concentric heat exchanger at Reynolds numbers varying between 3500-8500. In the experiment performed with various helical springs with various pitch, it was observed that the higher the Reynolds number the better the heat transfer. Because of the increase in pressure drop entropy generation was also estimated to determine so that the tecnique was advantageous or not thermodynamically. Key Words: Heat Exchanger, Helical springs, Heat transfer, Pressure drop 1. Giriş Isı transferini arttırmaya ilgi, özellikle endüstriyel gelişme ile orantılı olarak hızla artmaktadır. Soğutma veya ısıtma ile ilgili olarak belirli büyüklükteki yüzeyden daha çok ısı geçişinin sağlanabilmesi için ; ya yüzey büyüklüğünün sun i olarak arttırılması, ya yüzeydeki ısı taşınım katsayısının yükseltilmesi yada hem yüzey pürüzlülüğünün arttırılması ve hem de yüzeydeki ısı taşınım katsayısının yükseltilmesi olmak üzere başlıca üç yöntemden faydalanılır[1]. Uygulamada boru içerisindeki akışlarda ısı transferinin iyileştirilmesi için yapılan çalışmalar literatürde geniş yer kapsamaktadır. Bu çalışmalarda ısı transfer yüzeyinin arttırılması ve ısı transfer katsayısının büyütülmesi ısı transferinin iyileştirilmesine neden olmaktadır[2]. Son yıllarda her konuda olduğu gibi ısı değiştiricileri konusunda da malzeme ve enerji tasarrufu yapmak amacıyla birçok çalışma yapılmaktadır. Termal sınır tabakanın yenilenmesini sağlayan kısa boyutlu kanatçıkların kullanılması ısı transferini iyileştirmektedir. Bununla beraber yüksek

R. Behçet ve C. İlkılıç sürtünme faktöründen dolayı basınç düşümünde de artış meydana gelmektedir[3]. Isı transferinin iyileştirilmesi amacıyla ısı transferi katsayısının iyileştirilmesi yöntemi seçilerek iç içe borulu ısı değiştiricilerinin iç borusu içerisine değişik tip ve şekillerde elemanlar yerleştirilerek çalışmalar yapılmıştır. Isı transfer oranını artırmak ve buna karşılık olarak da ısı değiştirici boyutlarını azaltmak amacıyla değişik tel çapı ve farklı helis adımlarında helisel yaylar ısı değiştiricisine yerleştirilerek deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçlarından elde edilen verilere bağlı olarak türbülatörlü boru ile boş boru karşılaştırıldığında ısı transfer katsayısında %350 lik artışa karşılık ısı değiştirici alanında %70-80 lik bir azalma olmuştur[4]. Dönmeli akış oluşturarak ısı transferini artırmak amacıyla helisel olarak bükülmüş farklı üç tip şerit kullanılarak 2300 ile 8800 arasında değişen Reynolds sayılarında yapılan deneysel çalışmada ortalama ısı transferindeki artış %150 civarında gerçekleşirken basınç düşümündeki artış ortalama olarak %55 olmuştur [5]. Helisel olarak bükülmüş farklı iki adımda şerit ısı değiştiricisine yerleştirilerek yapılan başka bir deneysel çalışmada elde edilen sonuçlar bükülmüş şerit içeren borunun boş boruya göre ısı transferini %100 ve basınç düşümünde yaklaşık olarak %130 artırmıştır[6]. Isı transferini araştırmak amacıyla yapılan diğer çalışmalarda[2-8], sıcak akışkan olarak hava ve soğuk akışkan olarak su kullanılıp ısı değiştiricinin iç borusu içerisine farklı helis adımlı ve değişik helis çaplı yay elemanları yerleştirilerek deneyler yapılmıştır. Bu çalışmalarda da ısı transferinde %60 ile %400 ve basınç düşümünde de 2 kat ile 20 kat arasında değişen artışlar gerçekleşmiştir. Isı transferi işlemleri doğal olarak tersinmez(sürekli entropi üreten) ve yararlı enerjiyi yok eden işlemlerdir. Bu nedenle ısı transferi işlemlerinin yararlı enerjiyi nasıl israf ettiğini ve bu israfı en aza indirmek için nelerin yapılması gerektiğinin bilinmesi gerekir[10]. Bu israfı azaltmanın yolu da konveksiyonla ısı transferinde entropi üretimini en aza indirmektir. Reynolds sayısı, eğrilik oranı ve helisel sarım adımı baz alınarak bu parametrelerin entropi üretimi üzerindeki etkileri araştırmak için Ko ve Ting[12] tarafından Reynolds sayısının 100 ile 10000 ve diğer parametrelerin de 0,01 ile 0,30 arasında değiştiği bir çalışma yapılmıştır. Çalışmada elde edilen verilerin sonuçlarına göre minimum entropi üretiminin Reynolds sayısının 2271 ile 4277 arasında ve eğrilik oranının 0,17 ile 0,30 arasında değiştiği durumlarda sistemin performansı en uygun değerde olacağı ve tersinmezliğin de minimum seviyede gerçekleşeceği ifade edilmektedir. Bu çalışmada da ısı transferini artırmak amacıyla 3500 ile 8500 arasında değişen Reynolds sayılarında, adımları 10 ve 20mm olan helisel yaylar ısı değiştiricisinin iç borusu içerisine yerleştirilerek yayların ısı transferi üzerindeki etkisi incelenmiştir. Yapılan işlemin termodinamik olarak avantajlı olup olmadığını belirlemek için de entropi üretimi hesaplanmıştır. 2-Deney Düzeneği ve Deneysel Yöntem Şekil 1 de deney düzeneğinin şematik görünümü verilmiştir. Deney düzeneği; hava fanı, elektrikli hava ısıtıcısı, varyak, paralel akışlı aynı yönlü hava-su ısı değiştiricisi, U manometresi, çeşitli adımlara sahip helisel yaylar, su tankı ve diğer yardımcı elemanlar ile ölçüm aygıtlarından meydana gelmiştir. Şekil 1'de görüldüğü gibi paralel akışlı havadan suya ısı transferinin gerçekleştiği ısı değiştiricisi; çapları farklı iç içe girmiş iki boru sisteminden oluşmaktadır. Dış boru 35.4 mm çapında et kalınlığı 3.7 mm ve boyu 1720 mm olan galvanizli çeliktir. İç boru ise 1.15 mm et kalınlığına sahip 25.9 mm çapında ve 1720 mm boyunda olup bakırdan imal edilmiştir. Bakır boru galvanizli dış boru içine titizlikle merkezlenmiştir. Isı değiştirici devresi ısı iletkenliği düşük olan malzemelerle yataklanarak esas akış devresi ile irtibatı sağlanmıştır. Aynı zamanda ısı değiştiricisi normal izole maddesi ile tamamen izole edilmiş olup çevre ile ısı transferi önlenmiştir. İç borudan sıcak hava geçerken iki boru arasında akan suya ısısını vermektedir. İlk önce deney düzeneğinin literatürdeki boş ısı değiştirici sonuçlarını sağlayıp sağlamadığını araştırmak için kalibre deneyleri yapılmıştır. Sonuçların güvenirliliğini sağlamak açısından deney düzeneğinin performansları literatürde verilen bağıntılara uygun sonuçlar elde edildikten sonra deney sonuçlarının alınmasına 560

İç İçe Borulu Isı Değiştiricisine Yerleştirilen Helisel Yayların Isı Transferi ve Basınç Düşümü Üzerindeki Etkisi. başlanmıştır. Boş boruda elde edilen sonuçlar ile literatür sonuçları karşılaştırıldığında yaklaşık olarak ± %10 luk bir hata oranının oluğu görülmüştür. Bunun sebebi ise sistemdeki kaçaklar ve ölçüm hatalarından olabileceği tahmin edilmektedir. Deney düzeneğinde ısı transfer edilen akışkan olarak seçilen su, bir dinlenme tankından kendi serbest düşüsü ile alınarak ısı değiştiricisine girmektedir. Ayrıca suyun debisi bir vana yardımıyla ayarlanabilmektedir. Suya ısı aktaran akışkan olarak seçilen hava, hava fanı tarafından ortamdan emilerek hava ısıtıcısına gönderilmektedir. Burada istenen sıcaklığa kadar ısıtma sisteme bağlı varyak yardımıyla yapılmaktadır. Sisteme giren hava miktarı da bir vana yardımıyla ayarlanarak ısıtıcıya gönderilmektedir. Isıtıcıda ısınan hava tekrar ortama verilmektedir. Su ise ısı değiştiricisinin iç borusu ile dış borusu arasındaki kanaldan akarak ısınmaktadır. Isı transferinin iyileştirilmesi amacıyla deney düzeneğinde kullanılan helisel yaylar şekil 2 de genel boyut parametreleri verilmiş olan ve helis adımları; 10 ve 20 mm olmak üzere iki konfigürasyona sahiptir. Bu helisel yaylar 3,5 mm çapında galvanizli orta sertlikte olan telden sarılmıştır. Helisel yaylar ısı değiştiriciye serbestçe geçebilmesi için 1720 mm boyunda ve 23 mm çapında yapılmışlardır.sisteme giren hava miktarı maksimum olması için ısıtıcı ile fan arasındaki vana tamamen açılarak ilk ölçümlere başlanmıştır. Şekil 2. İçerisine helisel yayların yerleştirildiği Isı değiştiricisinin genel boyut parametreleri Ölçümler 20 dakikada bir farklı debiler için alınmıştır. Önce boş boru olmak üzere sırasıyla 10 ve 20mm lik helisel elemanlar ayrı ayrı ısı değiştiricisine yerleştirilerek her bir durum için farklı debilerde deneyler yapılarak ölçümler alınmıştır. Deney elemanına giren-çıkan hava ve suyun sıcaklıkları ile deney elemanlarının giriş ve çıkışında hava tarafındaki cidar sıcaklıkları bakır-konstantan termoeleman çifti kullanılarak bir dijital sıcaklık ölçeri yardımı ile ölçülmüştür. Deney düzeneğine giren su debisi dereceli bir kap ve kronometre ile ölçülmüştür. Ayrıca deney elemanlarının girişçıkışı arasındaki basınç farkı U manometresi yardımıyla ölçülmüştür. 3. Deney Sonuçlarının Hesabı Deney ölçümlerinin hesaplanmasında kullanılan havanın fiziksel özellikleri ısı değiştiricisine giren-çıkan havanın aritmetik ortalama sıcaklıklarına göre alınmıştır. Her bir durum için suyun kütlesel debisi, havanın suya verdiği ısı miktarı, havanın kütlesel debisi, hava hızı, hava için Reynolds sayısı, logaritmik ortalama sıcaklık farkı, havanın ısı taşınım katsayısı, Nusselt sayısı, basınç kayıp katsayısı ve entropi üretimi değerleri için hesaplamalar yapılmıştır. Su debisi ölçekli kapta toplanan su miktarının toplama zamanına bölünmesi ile bulunmuştur. m s =Toplanan su miktarı / Toplanma zamanı (1) Şekil 1. Deney düzeneğinin şematik resmi Termodinamiğin birinci kanununa göre; sıcak akışkanın verdiği ısı soğuk akışkan tarafından transfer edilmektedir. Paralel akışlı ısı değiştiricisi için alınan veya verilen ısı miktarı, Q = m h C ph (T hg T hç ) = m s C ps (T sg T sç ) (2) bağıntısı ile hesaplanabilir. 561

R. Behçet ve C. İlkılıç Havanın debisi, (2) eşitliğinde de belirtildiği gibi havanın verdiği ısı su tarafından transfer edildiğine göre; m h = Q / C ph T hg T hç ) (3) eşitliği ile bulunabilir. Hava için Reynolds sayısı borularda eşdeğer hidrolik çapa bağlı olarak akışkanın fiziksel özellikleri ortalama sıcaklığa göre alınıp Re = (U m.d e ) / ν (4) eşitliği ile hesaplanmıştır. Ortalama Isı transferi katsayısı, akışkanlar arasında transfer edilen ısı miktarının akış kesiti ve logaritmik ortalama sıcaklık farkına bölünmesi ile bulunmuştur. h m = Q / A T m (5) Buradaki A, sıcak akışkanın geçtiği kesit alanını ve T m ise hava ile duvar arasındaki logaritmik ortalama sıcaklık farkı olup şu şekilde ifade edilmektedir. T m = [(T w - T hg ) - (T w - T hç )] / ln[(t w - T hg ) /(T w - T hç )] (6) Ortalama Nusselt Sayısı da ince cidar yaklaşımından boru kalınlığının ısıl direnci ihmal edilerek yalnızca akışkan sıcaklığından faydalanılıp hesaplanan ortalama ısı transfer katsayısı kullanılarak Nu = (h m d e / k) (7) eşitliği yardımı ile hesaplanmıştır. Teorik Nusset Sayısı aşağıda verilen Dittus- Boelter eşitliğinden yararlanılarak hesaplanmıştır[9]. Nu T = 0,023 Re 0,8 Pr 1/3 (8) bağıntısı kullanılarak hesaplanmıştır[11]. 4. Sonuçlar ve Değerlendirme Şekil 3 de Nusselt sayısının nominal Reynolds sayısına bağlı değişimi gösterilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi helisel yay adımı azaldıkça ve helis sayısı arttıkça ısı transferi de artmaktadır. Helisel yay elemanlarının kullanılması sonucu ortalama Nusselt sayısında içi boş ısı değiştiricisine göre; %260 artış sağlanmıştır. Düşük Reynolds sayılarında farklı adımlardaki helisel yayların ısı transferi üzerindeki etkisi az olmasına rağmen yüksek Reynolds sayılarında bu etki daha fazla olmuştur. Şekil 4 de ısı değiştiricisi boyunca basınç düşümünün nominal Reynolds sayısının fonksiyonu olarak değişimi çizilmiştir. Helisel yay elemanları yerleştirilmiş olan ısı değiştiricisinin basınç kayıpları, helisel yay içermeyen ısı değiştiricisinin basınç kayıpları ile karşılaştırıldığında aynı Reynolds sayısında ortamla olarak 16 kata varan artışlar olmuştur. Bu basınç kayıpları, helisel yayın boru içerisindeki konumu, adımı ve helis sayısı iyi bir biçimde düzenlenmesi ile azaltılabilir. NUSSELT SAYISI(Nu) 120 100 80 60 40 20 Dittus-Boelter Boşboru Helis1(p=10mm) Helis2(p=20mm) 0 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 REYNOLDS SAYISI(Re) Şekil 3. Nusselt sayısının Reynolds Sayısı ile değişimi Isı değiştirici ile çevre arasında ısı transferi ihmal edilerek sisteme ait entropi üretimi değeri ise Ś = m h C ph ln(t hç /T hg )+ m s C ps ln(t sç /T sg ) - [m h (v/t) h P h + m s (v/t) s P s ] (9) 562

İç İçe Borulu Isı Değiştiricisine Yerleştirilen Helisel Yayların Isı Transferi ve Basınç Düşümü Üzerindeki Etkisi. BASINÇ KAYBI(Pa) 2500 2000 1500 1000 500 0 Boşboru Helis1(p=10mm) Helis2(p=20mm) 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 REYNOLDS SAYISI(Re) Şekil 4. Basınç kaybının Reynolds sayısı ile değişimi Bir ısı değiştiricisi incelenirken Termodinamiğin ikinci kanuna dayanan entropi üretimi birimi ile açıklanması, enerjinin verimli bir şekilde kullanılması açısından faydalı olur. Bu nedenle hem boş boru hem de içerisinde farklı adımlarda helisel yay bulunan boru için entropi üretimi, Reynolds sayısına bağlı olarak hesaplanmış olup şekil 5 de verilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi helisel yayın ısı değiştiricisine yerleştirilmesi ve yay adımının artması ile entropi üretimi azalmaktadır. Bu durum göz önünde bulundurulacak olursa iyileştirme tekniği uygulanmış versiyonların termodinamik olarak avantajlı olduğu söylenebilir. ENTROPİ ÜRETİMİ(S) 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 Boşboru Helis1(p=10mm) Helis2(p=20mm) 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 REYNOLDS SAYISI(Re) Şekil 5. Entropi Üretiminin Reynolds Sayısına bağlı olarak eğişimi 5. Sonuç Isı transferinin arttırılması amacıyla ısı değiştiricisinin iç borusuna helisel yay yerleştirilerek oluşturulan türbülans ile boru cidarına yakın bölgede sınır tabaka kalınlığı parçalanarak ısı transferinde %260 lara varan 563 artış sağlanmıştır. Helisel yayların kullanımı ile daha küçük boyutlu sistemlerin tasarımı sağlanabildiği gibi sistemin veriminin iyileştirilmesi ile birlikte enerji tüketiminin azaltılması mümkün olacaktır. Isı transferi işlemleri sürekli entropi üreten ve yararlı enerjiyi yok eden işlemler olup bu işlemlerde entropi üretiminin artmasının aksine azalması istenir. Entropi üretiminin azalması sistem performansının uygun değerde olmasını sağlar. Bu çalışmanın diğer çalışmalardan[2-7] farkı, çalışmanın termodinamik olarak avantajlı olup olmadığı entropi üretiminin hesaplanması ile belirlenmiştir. Şekillerden de görüleceği gibi(şekil 3,4,5) helis adımının artması ile ısı transferindeki artışa karşılık basınç kaybında artma olmakta fakat entropi üretiminde azalma olduğu için çalışma termodinamik olarak avantajlı olduğu söylenebilir. 6. Semboller C p = Sabit basınçtaki özgül ısı(j/kgk) d = Boru çapı (mm) D do = Dıştaki borunun dış çapı(mm) D di = Dıştaki borunun iç çapı(mm) D o = İçteki borunun dış çapı(mm) D İ =İçteki borunun iç çapı(mm) T M =Logaritmik ortalama sıcaklık farkı ( C) h m =Ortalama ısı transfer katsayısı (W/m 2 K) k = Isı iletim katsayısı (W/m K) L = Isı değiştiricisi boyu(m) m h = Havanın kütlesel debisi (kg/s) m s = Suyun kütlesel debisi (kg/s) Nu = Nusselt number P = Basınç düşümü (mmss) P = Helisel yay adımı (mm) Pr = Prandtl sayısı Q h =Havanın verdiği ısı (W) Q s =Suyun aldığı ısı (W) Re = Reynolds sayısı Ś = Entropi üretimi T hg = Hava giriş sıcaklığı ( C) T hç = Hava çıkış sıcaklığı ( C) T sg = Su giriş sıcaklığı ( C) T sç = Su çıkış sıcaklığı ( C) T w = Boru cidar sıcaklığı ( C) U = Ortalama akışkan hızı(m/s) ν = Kinematik viskozite(m 2 /s) ρ = Özgül kütle(kg/m 3 )

R. Behçet ve C. İlkılıç 7. Kaynaklar 1 Dağsöz, A.K., (1990). Isı Geçişi Transferi, İstanbul Teknik Üniversitesi Makine Fakültesi, İstanbul. 2 Ayhan T. ve Arıcı M.E., (1986). Isı Eşanjörlerinde Boru içerisine yerleştirilen Yapay Helisel Yay Elemanlarının Isı Eşanjörleri Performanslarına Etkisi, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 9(2), 9-15. 3 Tanyıldızı V., Ayhan T. ve Karabay H., (1990). Silindirik boru içerisine yerleştirilen rendemsi türbülatörlerin ısı transferine etkisi, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, sayı 4, s 7. 4 Uttarwar S.B. and Rao M.R., (1985). Augmentation of laminar flow heat transfer in tubes by means of wire coil inserts, Journal of Heat Transfer, Vol. 107, 930-935. 5 Eiamsa-ard S. and Promvonge P., (2005). Enhancement of heat transfer in a tube with regularly-spaced helical tape swirl generators, İnternational Journal of Thermal Sciences, Solar Energy, Vol. 78, 483-494. 6 Yıldız C., Biçer Y. and Pehlivan D., (1998). Effect of twisted strips on heat transfer and pressure drop in heat exchanger, Energy Conversion and Manegement, Vol. 39, 331-336. 7 Akpınar E.K., (2004). İç içe borulu ısı değiştirgecine yerleştirilen helisel sarımlı tellerin ısı transferi ve sürtünme katsayısı üzerindeki etkilerinin araştırılması, Termodinamik, 88-94. 8 Behçet, R., (1993). Isı Eşanjörüne Yerleştirilen Konik-Halka Yüzey Elemanları ve Helisel Yayların Isı Transferine Etkisi, Y. Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 64s. 9 Incropera P.F. and Smith R.C., (1995). Fundementals of Heat and Mass Transfer John Wiley and Sons, New york. 10 H. Yüncü, (1990). Konveksiyonla Isı Geçişinde Entropi üretimi Termodinamiğin İkinci Kanunu Çalışma Toplantısı, Erciyes Üniversitesi. 11 Yıldız C., Ayhan T. ve Ünal A., (1990). Dönel Tip Isı Değiştirgeçlerinde Tersinmezlik, Termodinamiğin İkinci Kanunu Çalışma Toplantısı, Erciyes Üniversitesi. 12 Ko T.H. and Ting K, (2005). Entropy Generation and Thermodynamic Optimization of Fully Developed Laminar Convection in a Helical Coil, İnternational Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 32, 214-225. 564