Duman borulu kazanlarda duman boruları konstrüksiyonunun kazan verimine ve ocak yüküne etkisi

Abstract

Buhar kazanları günümüzde ısı transferi esasına göre çalışan makinelere verilebilecek en önemli örneklerdendir. Suyun termodinamik özellikleri dikkate alınarak gerçekleşen bu ısı transferi sonucunda kazan gövdesinde bulunan su, alevlikteki alevden ve duman borularından geçen duman gazından büyük ölçüde taşınım(konveksiyon) yoluyla ısı transfer ederek buhara dönüşmektedir. Bu tezin konusu duman borularındaki ısı transferini çeşitli konstrüksiyonlar sayesinde artırmaya çalışmaktır. Boruların içinde akan duman gazı ile boru dış cidarındaki su arasında zorlanmış ısı transferini artırmanın temelde 2 yöntemi vardır. Birincisi aktif yöntemler, ikincisi pasif yöntemlerdir. Aktif yöntemler dışarıdan ilave bir güç kullanarak ısı taşınımını artırmaktır. Pasif yöntemler ise herhangi bir dış güce gerek kalmadan ısı transferini artırırlar. Kanatlıborular, komposit(birden fazla tabakalı) borular ve türbülatörler pasif yöntemler içerisine girerler. Kazanın ısıl kapasitesini artırmak için boruların içinden geçen sıcak duman gazlarının kolayca baca yoluyla dışarı atılması önlenmeli ve ısı transfer yüzeyi artırılarak yada boruların içerisine türbülatör denen malzemeler konularak akışın hem yavaşlatılıp hem detürbülanslı hale getirilmesi ve ısı transferinin artırılması sağlanmalıdır. Basit bir eşanjör olarak hazırlanan deney düzeneğinde elektrikli hava ısıtıcısı vasıtası ileısıtılan havayı bir borunun içerisinden geçirerek ve bu boruyu içerisine alan daha büyük çaplı bir borudan da su geçirerek giren ve çıkan hava ile suyun sıcaklıkları ölçülmüştür. Bu işlemönce borunun içine türbülatör koymadan ve sonra 3 farklı türbülatör koyarak tekrarlanmıştır. Böylece farklı ısı transferi ve verim rakamları elde edilmiştir. Bu değerler termodinamiğin 2.kanununda uygulayarak ekserji analizi de yapılmıştır. Bulunan sonuçlar çerçevesinde boru içine konan türbülatörlerin ısıl verimi %10-12 civarında artırdığı gözlemlenmiştir. Ayrıca 1.kanun veriminin artışıyla birlikte kullanılabilir enerji olan ekserjide ve 2. kanun veriminde ihmal edilebilecek artışlar olduğu bulunmuştur. Farklı türbülatörler arasında verim açısından bazı farklar bulunmasına rağmen türbülatör seçiminde maliyet, üretim kolaylığı ve kolay temizlenebilme gibi özelliklerin de dikkate alınması gerekmektedir.