Boruların dış yüzeyindeki hareketli sıvı filminden olan ısı ve kütle transferinin incelenmesi

Abstract

Bu doktora tez çalışmasında farklı geometrilere sahip boruların dış yüzeyindeki hareketli sıvı filminden olan ısı ve kütle transferi deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Sekiz ana bölümden oluşan bu tez çalışmasının, birinci bölümünde doktora tez çalışması ile ortaya konulan ana fikrin uygulanabilirliği, amacı ve hipotez ifade edilmiştir. Aynı zamanda literatürde şu ana kadar yapılan çalışmalar incelenmiş ve araştırmacıların sonuçlarına yer verilmiştir. İkinci bölümde sistem tasarımında ve matematiksel modelde kullanılacak olan temel kavramlardan bahsedilmiştir. Üçüncü bölümde tasarlanan test hücresinde eşzamanlı ısı ve kütle transferi için model oluşturulmuştur. Matematiksel modelde kullanılan hesap metodundan bahsedilmiştir. Deneysel kısım olan dördüncü bölümde deney düzeneğinde yapılan deneylerin sınıflandırmasından bahsedilmiştir ve deneysel çalışmalar anlatılmıştır. Zorlanmış taşınım şartlarında farklı hava hızlarında, besleme suyu sıcaklıklarında ve akış debilerinde yivli borunun testleri yapılmıştır. Aynı şekilde, farklı hava hızlarında, besleme suyu sıcaklıklarında ve akış debilerinde referans düz borunun testleri yapılmıştır. Sayısal görüntü işleme metotları araştırılmış ve deney düzeneğinde yapılan görüntülemeler üzerinde bu metotlar uygulanarak ıslak yüzey alan yüzdesi belirlenmiştir. MATLAB programı görüntü işleme araç çubuğu kullanılarak farklı geometrili yivlere sahip borular için görüntü işleme analizi yapılarak, sonuçlarına yer verilmiştir. Her iki tip boru için ısı ve kütle transferinin çözümlenmesinin ardından zorlanmış taşınım şartlarında, yivli boruda sıvı-gaz arayüzeyindeki Nu sayısı için Nu_g=a (Pr)^(1/3) (Re_a )^b (Re_s )^c korelasyonu önerilmiştir. Altıncı bölümde burgulu trapez yivli ve referans düz borunun test hücresi içerisinde, Ansys Fluent hesaplamalı akışkanlar dinamiği programı ile sayısal analizi yapılmıştır. Üç boyutlu modeli oluşturulan boruların, çözüm ağı ICEM CFD ile yapılmıştır. Yiv ve boru yüzeylerindeki sıcaklık dağılımları zorlanmış taşınım koşulları için belirlenmiştir. Yüzey ısı transfer katsayısı, Nu değerleri ve yüzey sıcaklıkları sayısal analiz sonuçları ile deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır. Yedinci bölümde eşzamanlı ısı ve kütle transferinin belirlenmesi amacıyla yapılmış olan deneylerin belirsizlik analizi yapılarak sistemin hatasal yüzde sonuçları verilmiştir. Sekizinci bölümde ise doktora tezinin sonuçları ve öneriler belirtilmiştir.