Yatay mikrokanatlı borularda kaynama ısı taşınım katsayısının ve basınç düşümünün araştırılması

Abstract

Tek fazlı akıştaki ısı transferine kıyasla daha yüksek ısı transfer katsayılarına sahip oldukları için iki fazlı akışlar ısı değiştiricisi tasarımında tercih edilen akış tipi olmuşlardır. Buna ek olarak, akışkanların aktığı yüzeylerin alanlarının arttırılması ise pasif ısı transferi iyileştirme yöntemleri arasında en çok uygulanan yöntemlerden biridir. Artan yüzey alanı ile birlikte ısı transfer katsayısı ve basınç düşümü de artmaktadır. Bu çalışmada, kaynamalı akış şartlarında mikrokanatlı boru kullanımıyla meydana gelen ısı transferi ve basınç düşümündeki artış deneysel olarak incelenmiş olup, ısı taşınım katsayısının ve sürtünme kaynaklı basınç düşümünün tahmini için korelasyonlar geliştirilmiştir. Altı ana bölümden oluşan tezde ilk bölümde daha önceki araştırmacılar tarafından konu ile ilgili yapılan çalışmalara ve sonuçlarına yer verilmiştir. İki fazlı akışlarda kullanılan temel ifadelere, boyutsuz sayılara ve korelasyon geliştirme yöntemine ikinci bölümde yer verilmiştir. Bunlara ek olarak, korelasyon geliştirmek için kullanılan regresyon analizi yöntemi anlatılmış olup bu yöntemde kullanılacak parametreler tanımlanmıştır. Deneysel düzeneğinini tasarımı, kullanılan ekipmanlar, deneylerin yapılış yöntemi, deneysel veriler için hesaplama yöntemi ve mikrokanatlı boruya ait geometrik özellikler üçüncü bölümde verilmitştir. Sıvı R134a ile yapılan doğrulama, kaynama ısı taşınım katsayısı ve basınç düşümü deneylerine dördüncü bölümde verilmiştir. Kütlesel akının (190-381 kg/m2s1), kuruluk xviii derecesinin (0.21-0.77), doyma sıcaklığının (15-22ᵒC) ve ısı akısının (10-15 kW/m2) kaynama ısı taşınım katsayısına ve toplam basınç düşümüne etkisi verilmiş olup, aynı şartlarda düz ve mikrokanatlı boru için yapılan deneyler karşılaştırılmıştır. Deneyler sonucunda ısı taşınım katsayısında 1.9 kata kadar artış sağlanırken basınç düşümünde ise 2.3 kata kadar artış gözlemlenmiştir. Performans değerlendirme kriteri olarak ısı taşınım katsayısı oranı, basınç düşümü oranı, birim basınç düşümü için ısı taşınım katsayısı ve iyileştirme faktörü birer performans parametresi olarak göz önüne alınmıştır. Bunlara ek olarak, bir buharlaştırıcıda düz ve mikrokanatlı boru kullanımının maliyeti hesaplanmış ve yıllık değer metodu kullanılarak değerlendirilmiştir. Deneysel sonuçlar kullanılarak düz ve mikrokanatlı borularda kaynamalı akış şartlarında kullanılmak üzere ısı taşınım katsayısı ve sürtünme kaynaklı basınç düşümünün tahmini için farklı tipte korelasyonlar geliştirilmiştir. Deneysel olarak elde değerlere ait değerlere ait belirsizlik analizi yapılmış ve beşinci bölümde verilmiştir. Doktora tezine ait sonuçlar ve öneriler altıncı bölümde verilmiştir.