Dairesel kesitli plastik borular içinde buz yoğunluğunda küre-su karışım akışının incelenmesi

Abstract

Soğutma sistemlerinde buz kullanımı çok yeni ve gelişmekte olan bir teknolojidir. Buz-su karışımı kullanılan sistemlerde buzun gizli ısısından yararlanılır. Böylece aynı kütlesel debi ile daha fazla soğutma yapılır veya sabit soğutma yükü için daha az kütlesel debi ve daha küçük boru çaplan gerekeceğinden soğutma işlemi daha ekonomik olur. Soğutma sistemlerinde buz kullanımına yönelik çalışmaların hepsinde buz-su çamuru kullanılmış olup, akış parametreleri çamur akış özelliklerine göre belirlenmiştir. Bu çalışma ile gerçekleştirilen, soğutma sistemlerinde küresel buz kapsüllerinin kullanımı başlangıç niteliğinde olup, akış parametreleri ise çamur akışından farklıdır. İlk olarak buz-su karışımının kullanıldığı alanlar, akış tipleri ve özellikleri üzerinde durulmuştur. Buz-su çamuru kullanılan sistemlerde karşılaşılan problemler açıklanarak, soğutma sistemlerinde buz kapsülleri kullanımında sağlanacak yararlardan bahsedilmiştir. Kapsüllü akışlarla ilgili yapılmış çalışmaların bir özeti ve değerlendirilmesi sunulmuş, yoğunluğu sudan az olan küresel kapsül trenlerinin akışı ile ilgili bir çalışmaya rastlanmamıştır. Deney tesisatı kurulmadan önce 2 ön deney gerçekleştirilmiş, bu deneylerde polietilen boncuklar kullanılmıştır (boru ve kapsül çapı çok küçük seçilmiştir). Ön deneylerde yapılan hesaplar ve alman kararlar doğrultusunda, kapsüllü akışta basınç düşüşü değerlerinin hassas bir şekilde ölçülebildiği, gerçekteki şartlara benzer akış şartlarının sağlandığı bir deney tesisatı kurulmuştur. Deney tesisatım oluşturan kısımlar, kullanılan ölçüm cihazları ve malzemelerin özellikleri verildikten sonra karşılaşılan güçlükler ve çözüm yöntemleri üzerinde durulmuştur. Deneylerde, gerçeğe uygun olması bakımından buz yoğunluğuna yakın yoğunluğa sahip polipropilen malzemeden (870 kg/m3) özel olarak hazırlanmış küresel kapsüller kullanılmıştır. d/D oram 0.8 alınarak, değişik akış şartlarında (su hıza, dinamik kapsül konsantrasyonu), yatay borular içinde kapsüllü akışta meydana gelen basınç düşüşleri ölçülmüştür. Tesisat üzerindeki pleksiglas borular sayesinde, kapsül hareketleri gözlenmiş, kapsül hareket mekanizması ve akış rejimleri deney sonuçlarına göre tespit edilmiştir. Akışa ait parametreler ve hesap yöntemleri belirlenmiştir. Basınç düşüşü ölçüm bölgesine yerleştirilen sensörlerden alman sinyal değerleri, bilgisayar programı ile değerlendirilmiş, treni oluşturan kapsüllerin gerçek hızlan ve kapsüller arası mesafeler hassas bir şekilde bulunmuştur. Basınç düşüşü ölçümlerinde kullanılan fark basınç transmitterinin ürettiği analog sinyal değerleri bir otomasyon programı ile dijital bilgiye çevrilmiştir. Darcy- Weisbach eşitliği temel alınarak, deneysel bulgulara dayalı yeni bir basınç düşüşü ifadesi geliştirilmiştir. Hesaplanan basınç düşüşleri ile deneysel olarak bulunan basınç düşüşleri arasında %3.37'lik sapma bulunmuştur.