Farklı kanal geometrisine sahip ısı değiştiricilerde ısıl performansın incelenmesi

Abstract

Isı, kütle ve momentum aktarım proseslerinin, pratikte birçok uygulama alanı vardır. Geçen yüzyılda, hem bilimsel araştırmalarda hem de endüstriyel proseslerdeki pratik uygulamalarda, ısı ve kütle aktarımını arttırma ve iyileştirme önemli bir ilgi alanı olmuş ve bir çok ısı ve kütle aktarımını iyileştirme tekniği geliştirilmiştir. Son yıllardaki eğilim, genel olarak proseslerde boyut küçültmeye, hızı ve performansı artırmaya yöneliktir. Madde ve enerji tasarrufunun yanı sıra performansı arttırmaya yönelik olan bu yaklaşım, beraberinde daha yüksek ısı ve kütle akıları gerektirmektedir. Örneğin küçük boyutlu ve yüksek performanslı elektronik parçalardan büyük miktarlarda ısıyı belirli bir hızda uzaklaştırmak gerekmektedir. Yüksek ısı akılarında çalışmak için de özel ve yüksek performanslı soğutma tekniklerine ihtiyaç vardır. Teknolojik gelişmelerle birlikte daha yüksek performanslı küçük boyutta cihazların yapımı gittikçe önem kazanmıştır, bu da mikro ölçekli ve hatta nano ölçekli sistemlere olan ilgiyi önemli derecede arttırmıştır Dar kesitli kanallarda, iki fazlı akış özelliklerinin, konvansiyonel kanallardan farklı olduğu bilinmektedir. Bu farklılıktan dolayı dar kesitli kanallarda buharlaşma ve yoğuşma olaylarındaki ısı transferi ve basınç düşümü üzerine araştırmalar devam etmektedir. Ancak ikifazlı akışların teorik çözümlemeleri, basitleştirilmiş matematiksel modeller kullanılarak yapılabildiğinden, yaklaşık çözümler sunmaktadırlar. Bu bakımdan dar kesitli kanallarda, ikifazlı akış çözümlemeleri yapılırken, deneysel çalışmalara başvurulması kaçınılmazdır. Literatürde yer alan deneysel çalışmalar, ideal durumlar için, kısa kanal boylarında ve sınırlı sayıdaki akış koşulları için yapılmıştır. Bu deneysel çalışmalarda, soğutma sisteminde bulunan kompresör tarafından sisteme aktarılan yağın, buharlaştırıcı performansları üzerindeki etkisi göz ardı edilmiştir. Bu da gerçek hayattaki mühendislik uygulamalarında kullanılan ısı değiştirici performanslarının, mevcut deneysel çalışma sonuçlarıyla uyuşmayacağını gösterir. Bu durumda hazırlanan bir ısı değiştiricinin ısıl performansının belirlenmesi için deneysel çalışma gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Tez çalışması altı ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde çalışmaya başlama nedenleri ve ulaşılmak istenen sonuçlar genel olarak açıklanarak konuya giriş yapılmıştır. İkinci bölümde konvansiyonel, mini ve mikro kanallarda iki fazlı akış kaynaması ve iki fazlı basınç düşüşü hakkında kitap ve makalelerin incelendiği kaynak araştırmasına yer verilmiştir. Üçüncü bölümde, deney düzeneğinin kurulumu, ölçüm ve sistem elemanları, kullanılan soğutucu akışkanlar hakkında bilgiler ile farklı kanal geometrilerine sahip buharlaştırıcıların ısıl performans ve basınç düşüşü karakteristiklerinin belirlendiği deney sonuçları verilmiştir. Dördüncü bölümde mini kanal ve borulu buharlaştırıcılarla gerçekleştirilen deneyler karşılaştırmalı olarak analiz edilmiş, besinci bölümde Buckhingam- teoremi kullanılarak UA değerleri için model oluşturulması anlatılmış ve son olarak altıncı bölümde sonuç ve öneriler kısmına yer verilmiştir.