Özet:
Tel kanatlı yoğuşturucular uzun yıllardır soğutucularda sıklıkla kullanılmaktadır.
Endüstriyel uygulamalarda bu tip yoğuşturucular ağırlıklı olarak zorlanmış taşınım
şartlarında çalışmaktadır. Bu çalışma kapsamında çapraz akışa maruz düz tip tek ve
çok sıralı tel kanatlı yoğuşturucularda ısı geçişi ve basınç düşümü deneysel ve nümerik
analiz yöntemlerle incelenmiştir.
Tez çalışması altı ana bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde tel kanatlı yoğuşturucular
için literatürde yapılan çalışmalar incelenmiştir. Bu kapsamda doğal taşınım ve
zorlanmış taşınım şartlarında yapılan çalışmalar iki alt bölümde verilmiştir. Her bir alt
bölüm sonunda çalışmalarda kullanılan yoğuşturucu geometrik özellikleri ve önerilen
korelasyonlar tablolar halinde özetlenmiştir. Tel kanatlı yoğuşturucular silindirik
yapıdaki tel ve borulardan imal edildiğinden, ısı geçiş ve basınç düşümü
karakteristiğini anlamak açısından silindir çiftleri üzerine yapılan çalışma sonuçları da
ayrı bir başlık altında incelenmiştir. Bununla birlikte, ısı değiştiricilerde Cevap Yüzey
Yöntemi(CYY) ve optimizasyon çalışmaları da bu bölümde incelenmiştir. İkinci
bölümde tek ve çok sıralı yoğuşturucular için kurulan deney düzeneği, ölçüm
sistematiği ve belirsizlik analizi sunulmuştur. Ayrıca hem tek hem de çok sıralı
yoğuşturucularda ısı geçişi ve basınç düşümü hesaplamaları için kullanılan hesaplama
yöntemi anlatılmıştır. Üçüncü bölüm tezin nümerik analiz kısmı olup hem tek sıra
hem de çok sıralı yoğuşturucular üzerinden yapılan Hesaplamalı Akış Dinamiği(HAD)
analizi deneysel verilerle doğrulanmıştır. Ayrıca ışınım ısı geçişi ve boya etkisi de bu
kısımda incelenmiştir. Dördüncü bölümde tezde kullanılan Genetik Kümeleme CYY ve
Çok Amaçlı Genetik Algoritma(ÇAGA) yöntemleri açıklanmıştır. Beşinci bölüm,
çalışmadan elde edilen bulguları ve bulgulara ilişkin tartışmaları içermektedir. Son
bölümde ise çalışmanın sonuçları ve öneriler sıralanmıştır.
Çalışma kapsamında öncelikle tek sıra tel kanatlı yoğuşturucularda tellerin
uygulamada kullanıldığı gibi tellerin tandem dizilimli olması durumu irdelenmiştir. Bu
şartlar altında tek sıradaki arka tel üzeri taşınım katsayısı ile ön tel üzeri taşınım
katsayısı arasında %50’ye yakın fark olduğu belirlenmiştir. Arka telin ön tele göre
şaşırtmalı dizilimiyle ortalama tel taşınım katsayısında %20-25 aralığında bir iyileşme
tespit edilmiştir. Şaşırtma oranı incelemeleri 0-0,25 aralığı için yapılmış olup, artan
şaşırtma oranlarıyla ısı geçişinde ve basınç düşümünde artış olduğu belirlenmiştir.
Ancak 0,125-0,25 aralığında ısı geçiş hızı ve basınç düşümündeki sonuçlarının
birbirine oldukça yakın olduğu anlaşılmıştır. Parametrik çalışma kapsamında tel çapı,
boru çapı, teller arası mesafe ve borular arası mesafenin etkisi geniş bir aralıkta
incelenmiştir. Çok sıralı dizilimde hem boru sıralı hem boru şaşırtmalı dizilime göre
ısıl-akış performans incelenmiştir. Boru şaşırtmalı dizilimin ısı geçişi açısından boru
sıralı dizilime nazaran daha iyi sonuçlar verdiği gözlenmiştir. Tellerin tandem dizilimli
olduğu çok sıralı yoğuşturucularda sıralar arası mesafenin oldukça önemli olduğu
belirlenmiştir. Buna karşın tellerin şaşırtmalı dizilimi sonucunda hem boru sıralı hem
de boru şaşırtmalı dizilimli çok sıralı yoğuşturucularda sıralar arası mesafenin
etkisinin büyük ölçüde ortadan kalktığı anlaşılmıştır. Çok sıra uygulamalarında ardışık
sıralardaki her bir sıranın büyük oranda sıra sayısından bağımsız olarak benzer ısı
geçiş davranışı gösterdiği belirlenmiştir. Tellerin şaşırtmalı dizilimiyle elde edilen JF
faktörün tellerin tandem dizilimiyle elde edilenden %10-15 civarında daha yüksek
olduğu belirlenmiştir. Dört sıra yoğuşturucularda Latin Hiper Küp deney tasarımına
göre Genetik Kümeleme CYY ile tel kanatlı yoğuşturucularda ısı geçişi ve basınç
düşümünün incelemesi yapılmıştır. Bu yaklaşımla elde edilen sonuçlarla nümerik
olarak elde edilen sonuçların oldukça uyumlu sonuçlar verdiği gözlenmiştir. Bu
yöntem uyarınca tel kanatlı yoğuşturucularda etkili olan parametreler için duyarlılık
analizi yapılmıştır. Isı geçişini en çok etkileyen parametrenin serbest hava akım
hızının olduğu gözlenmiştir. Tellerin şaşırtmalı diziliminin ısıl-akış performans
açısından en önemli geometrik özellik olduğu anlaşılmıştır. Aynı zamanda teller arası
mesafe, borular arası mesafe, şaşırtma oranı ve sıralar arası mesafenin değişimine
göre çok sıralı yoğuşturucularda Çok Amaçlı Genetik Algoritma yöntemiyle
optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Şaşırtma miktarının maksimum, tel ve boru
aralığının minimum değerlerinde ısıl-akış performans faktörünün en iyi sonuçlara
ulaştığı belirlenmiştir. Sıralar arası mesafenin bu şartlardaki ısı geçişi ve basınç
düşümüne etkisinin az olduğu saptanmıştır. Ayrıca hem ısı geçişi hem de basınç
düşümü ile ilgili yapılan nümerik çalışmalar neticesinde korelasyonlar önerilmiştir.
Önerilen korelasyonların nümerik analiz sonuçlarıyla %10-15 hata aralığının altında
oldukça yakın sonuçlar verdiği gözlenmiştir. Benzer şekilde hem tek sıralı hem de çok
sıralı yoğuşturucular üzerinden deneysel olarak elde edilen ısı geçiş hızı ve basınç
düşümünün ilgili korelasyonlar ile bulunan sonuçlarla oldukça uyumlu olduğu
belirlenmiştir.