Düşey bir plaka yüzeyinde doğal taşınım şartlarında yoğuşmanın incelenmesi

Abstract

Bu tezde, ışınımsal soğutma sistemlerine entegre çalışabilecek nem alıcı hibrid panel üzerine çalışmalar yürütülmüştür. Bu bağlamda kapalı bir hacim içerisinde su buharı-hava karşımı içerisindeki su buharının düşey bir levhada doğal taşınım şartlarında yoğuşması sonucu gerçekleşen eş zamanlı ısı ve kütle geçişi sayısal ve deneysel olarak detaylı incelenmiştir. Tez çalışması beş ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde detaylı kaynak araştırması, tezin amaçları ve orijinal katkı genel olarak açıklanarak konuya giriş yapılmıştır. İkinci bölümdeki sayısal çalışmada; kullanılan sayısal çözüm kodu yardımıyla, kapalı bir hacimde hava içerisindeki su buharının düşey bir plaka üzerinde yoğuşması ile gerçekleşen doğal taşınım şartlarında eş zamanlı ısı ve kütle geçişi incelenmiştir. Deneysel şartlar ile aynı sınır koşullara sahip analizler yapılarak, yoğuşan miktar ve zamana bağlı yoğuşma akıları incelenmiştir. Sayısal çalışmalar için Ansys Fluent 15.0 CFD programı kullanılmıştır. Üçüncü bölümde; bu tez çalışması için özel olarak geliştirilen deney odasının detaylı tanıtımı, deney öncesi yapılan hazırlıklar ve deneysel yöntem detaylı olarak anlatılmıştır. Yine bu bölümde deneysel ölçüm bulgularının kullanıldığı; enerji dengesi, 2

yoğuşturucu plaka ısı akıları ve ısı transfer katsayıları ve eş zamanlı ısı ve kütle geçişi, ısı ve kütle taşınım katsayıları hesaplama yöntemleri açıklanmıştır. Dördüncü bölümde; Mir Araştırma ve Geliştirme A.Ş. şirketi bünyesinde kurulan hassas iklimlendirme deney odasında gerçekleştirilen deneysel çalışmaların bulguları verilmiştir. Deneysel çalışmalar yoğuşmanın olduğu ıslak durum ve yoğuşmanın olmadığı durumdan oluşmaktadır. Yoğuşmanın olduğu durumda altı farklı plaka yüzey sıcaklığı (10,5-10,9-11,3-12,4-13-14 °C) ve beş farklı başlangıç bağıl nem değerine (% 65-70-75-80-85) göre deneyler yürütülmüştür. Kuru durum için ise beş farklı plaka yüzey sıcaklığı (11,5-11,7-14,3-14,9-17,5°C) çalışılmıştr. Deneysel çalışmalar dört ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde; her bir deney için zamana bağlı yoğuşma debileri ve toplam yoğuşma miktarları incelenmiştir. Deneysel olarak elde edilen yoğuşma akıları, sayısal çalışmaların bulguları ve analitik hesaplama bulgularıyla karşılaştırılmıştır. Yoğuşma su buharı kısmi basınç farklarına göre ifade edilmiştir. Plaka yüzeyi ile sınır tabaka dışındaki bağıl nem ve sıcaklık değerleri kullanılarak yoğuşma akılarının su buharı kısmi buhar basıncı farkına göre ifadesiyle tüm yoğuşma deneyleri tek bir grafiğe indirgenerek genelleştirilmiştir. İkinci bölümde; Yürütülen sayısal çalışmalardan hesaplanan yoğuşma miktarı ile aynı şartlarda deneysel çalışmalardan elde edilen toplam yoğuşma miktarı karşılaştırılmıştır. Tüm bulgular irdelendiğinde de sayısal çalışmalarla hesaplanan toplam yoğuşan miktarın deneysel olarak ölçülen toplam yoğuşma miktarından ortalama %8,9 oranında fazla çıktığı görülmüştür. Üçüncü bölümde sadece ısı geçişinin olduğu kuru deney bulguları kullanılarak, her deney için hesaplanan Nu ve Ra değerleri ile serbest taşınım şartlarında düşey plakaya ısı geçişi için 7,78x107<Ra<1,55x108 aralığı için NuL=9,709xRa0,1854 korelasyonu önerilmiştir. Dördüncü bölümde , serbest taşınım şartlarında düşey plakada eş zamanlı ısı ve kütle geçişi incelenmiştir. Bu bağlamda farklı yüzey sıcaklıklarının çalışıldığı deneyler için zamana bağlı duyulur ve gizli ısı akılarının değişimi incelenmiştir. Deneysel ölçümlerin sürekli hale geldiği durumdaki bulguların ortalamaları kullanılarak duyulur ve gizli ısı transfer miktarları ve ısı transfer katsayıları karekteristik sıcaklık farklarına bağlı olarak elde edilmiştir: Toplam ısı transfer katsayısı 8,19 (W/m2.K) toplam duyulur ısı transfer katsayısı 6,69 (W/m2.K), ışınım ısı transfer katsayısı 2,21 (W/m2.K) yoğuşma ısı transfer katsayısı 3,24 (W/m2.K) Deneysel çalışmanın dördüncü kısmında elde edilen deneysel bulgular kullanılarak Nu,Ra ve Sh, Raı değerleri ile serbest taşınım şartlarında düşey bir levhada eşzamanlı ısı ve kütle taşınım şartlarında kütle geçişi için 1,20x108 < Raı < 1,62x108 aralığında ShL = 4,52xRaı 0,3598 ve ısı geçişi için 1,39x108 < Ra < 1,87x108 aralığında NuL = 78,22xRa 0,082 korelasyonları elde edilmiştir. Çalışmanın beşinci bölümünde çalışmanın bulguları özet olarak değerlendirilerek öneriler sunulmuştur.