ısı değiştiriciler
Post on 04-Apr-2018
233 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
7/30/2019 s deitiriciler
1/17
Ahmet KABUL, nder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT
SDU International Journal of Technologic Sciences
38
SDU International Technologic ScienceVol. 3, No 2, February 2011pp. 38-54
GVDE BORULU ISI DETRCN ISI TARANSFER
KATSAYISININ TEORK VE DENEYSEL NCELENMES
Ahmet KABUL, nder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT
zet
Bu almann amac, soutucu akkan olarak R404Ann kullanld kompresrl soutma sisteminde gvdeborulu s deitiricinin ak halinde kaynama esnasndaki toplam s transfer katsaysnn deiiminin sistemparametrelerine gre incelenmesidir. Bu ama dorultusunda deneysel bir sistem kurulmu ve evaporatr basnc
ve s
cakl
n
n, soutucu ak
kan debisinin ve soutma suyu debisinin toplam
s
transfer katsay
s
zerindekietkisi incelenmitir. Deney almas, evaporatr basncn 2.73 - 5.76 bar ve soutucu akkan ktle aksnn64.64 - 152.68 kg/m2s olduu aralklarda yaplmtr. Kullanlan gvde - borulu s deitirici 60 cm boyunda ve
bir geite i ap 8 mm ve d ap 10 mm olan 9 adet bakr borudan olumaktadr. Yaplan deneylerden eldeedilen sonular kullanlarak kaynama esnasndaki toplam s transfer katsays hesaplanmtr. Deney sonularhesaplandktan sonra literatrde nerilmi farkl bant kullanlarak kaynama esnasndaki s transferkatsays tekrar elde edilmitir. Elde edilen deer ile deney sonular karlatrlmtr.
Anahtar kelimeler: gvde borulu s deitiricisi, kaynama, s transfer katsays
THEORETICAL AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF HEATTRANSFER COEFFICIENT FOR SHELL AND TUBE HEAT
EXCHANGER
Abstract
Scope of this study is to investigate the heat transfer coefficient in terms of different system parameters in a shelland tube heat exchanger equipped in a refrigeration system using R404a. For this aim, an experimental systemwas built up. The effects of evaporator pressure and temperature, refrigerant mass flow rate and cooling watermass flow rate on heat transfer coefficient were investigated. Experiments were made for evaporator pressure of2.73-5.76 bar and refrigerant mass flux rate of 64.64-152.68 kg/m2s. The shell and tube heat exchanger is 60 cmin length and consist of 9 tubes which are 8 mm in inner diameter and 10 mm in outer diameter. Overall heattransfer coefficient during boiling was calculated using the results of the experiments. After calculating the
experimental results, overall heat transfer coefficient during boiling was recalculated using three differentequations proposed by some researchers. The calculated results were compared with experimental results.
Key words: shell and tube heat exchanger, boiling, heat transfer coefficient
Sleyman Demirel niversitesi, Teknik Eitim Fakltesi, Makine Eitimi Blm, 32260 Isparta/ TRKYE,E-posta:akabul@tef.sdu.edu.tr
Mechanical Technology
-
7/30/2019 s deitiriciler
2/17
Gvde Borulu Is Deitiriciin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneyselncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
39
1. Giri
Mhendislik uygulamalarnn en nemli ve en ok karlalan ilemlerinden birisi, farkl
scaklklardaki iki veya daha fazla akkan arasndaki s deiimidir. Isnn bir akkandan
baka akkana transferi, uygulama srelerinde ou kez amalanan nemli bir olaydr.Kazanlar, kondenserler, evaporatrler, su stclar, otomobil radyatrleri, hava stma ve
soutma kabinleri gibi uygulamalar, bir scak ve bir souk akkan arasnda s al veriinin
olduu srelere rnek olarak verilebilir. Bu s al veriini salamak iin s deitiricileri
kullanlr. ok sayda s deitiricisi tipleri olmasna ramen, bunlardan gvde borulu s
deitiricisi, iletme scaklnn ve basncnn geni aralkta olmas nedeniyle dierlerine
nazaran daha fazla uygulama alanna sahiptir (Genceli, 2005).
Bu almada, yeni nesil soutucu akkan olan R404A ile alan evaporatr olarak gvde
borulu s deitiricinin kullanld deneysel bir soutma sistemi kurulmu ve eitli artlarda
deneyler yaplmtr. Soutma sistemlerinde kullanlan eski nesil soutucu akkanlarn ozon
tabakasn tahrip ettii ortaya ktktan sonra, uluslararas protokoller ile bu gazlarn retimi
ve kullanm bir programa balanarak yasaklanmtr. Ozona zarar veren soutucu
akkanlarn kullanm ve retiminin azaltlmas ile ilgili almalar, 1997 ylnda 43 lkenin
katlm ile imzalanan Montreal Protokol ile balamtr. Bu yasaklamalar sonucunda retici
firmalar ozonu tahrip eden CFC ve HCFCli soutucu akkanlar yerine ozonu tahrip etmeyen
HFCli soutucu akkanlar retmeye balamlardr.
R404A soutucu akkan, R125 (%44), R134a (%4) ve R143a (%52) soutucu
akkanlarndan oluan karmdr. R404A soutucu akkannn ozonu tahrip etme potansiyeli
(ODP) sfrdr. Yapsnda R134a bulundurduu iin yksek kresel snma potansiyeline
(GWP) sahiptir. R404A soutucu akkan R502 ve R22 soutucu akkanlarnn kullanld
uygulamalarda bunlarn yerine alternatif soutucu akkan olarak kullanlabilmektedir. (Polat,
2001, Beer, 1998).
Li ve Kottke 1998 ylnda yaptklar almada, gvde borulu s deitiricinin d yzeyinde
lokal s transfer katsaysn ktle transferi lmlerinden belirlemilerdir. Ktle transferi
deneylerini, absorpsiyon, kimyasal ve birleik renk reaksiyonlarn kullanarak
gerekletirmilerdir. ktle transfer katsaysn hesapladktan sonra s ve ktle transferi
arasnda analojiyi kullanarak s transfer katsaysn elde etmilerdir. (Li ve Kottke, 1998).
-
7/30/2019 s deitiriciler
3/17
Ahmet KABUL, nder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT
SDU International Journal of Technologic Sciences
40
Benzer ekilde 1999 ylnda yaptklar almalarnda, ktle transferi tekniini kullanarak
farklartma levhas tiplerini dikkate alarak gvde borulu s deitiricide lokal s transfer
katsaysn belirlemilerdir. Gvde taraf ak dalmn artma levhalarndaki basn
dmnn llmesiyle belirlemilerdir. Bunun yannda almalarnda her boru ve gvde
blm iin ortalama s transfer katsaylarn vermilerdir (Li ve Kottke, 1999).
Greco ve Vanoli tarafndan yaplan iki farkl almada, yatay dz boru ierisinde HFC tipi
karm soutucu akkanlarn ak esnasnda kaynama durumu iin s transfer olayn
deneysel ve teorik metotlarla incelemilerdir. Deneylerini dzgn olarakstlan 6mm apnda
ve 6m uzunluunda yatay paslanmaz elik boruda yapmlardr. kinci almalarnda ise
deneysel olarak yaptklar ayn sistem iin literatrde iyi bilinen teorik bantlar kullanarak,
tahmin edilen sonularla deneysel sonular karlatrmlardr (Greco ve Vanoli, 2005a;
Greco ve Vanoli, 2005b).
Torrella vd. tarafndan 2005 ylnda yaplan bir almada, buhar sktrmal soutma
sisteminde gvde borulu yatay evaporatr iinde R407C soutucu akkan iin kaynama
esnasnda s transfer katsaysnn deiimini deneysel olarak incelemilerdir. Bu
almalarnda evaporatrn toplam sl direncinin analizi, evaporatrdeki basn dnnetkisi dikkate alnarak deneysel sonulardan elde edilen veriler etkinlik NTU yntemi hesab
kullanlarak yorumlandktan sonra, kaynama esnasndaki s transfer katsaysn tespit
etmilerdir. Sonu olarak, analiz yaplan aralkta kaynamada s transfer katsaysnn
deiiminin evaporatr scaklna ve soutucu akkan debisine bal olduunu
gzlemlemilerdir (Torrella vd., 2006).
2. MATERYAL VE METOT
R404A soutucu akkannn kullanld deney sistemi, temel olarak hermetik tip bir kompresr,
gvde borulu bir evaporatr, hava soutmal bir kondenser ve termostatik genleme valfinden
olumaktadr (ekil 1). Kompresr 3 HP gcndedir ve R404A soutucu akkan iin uygun polyester
(POE) ya kullanlmtr.
-
7/30/2019 s deitiriciler
4/17
Gvde Borulu Is Deitiriciin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneyselncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
41
ekil 1. Deney sisteminin genel grnm
Evaporatr olarak kullanlan gvde borulu s deitiricisi ters akl tipte ve bir gvde ile iki geie
sahip olup s transfer alan 0.339 m2dir. Alternatif soutucu akkanlarn s transfer katsaysnn
dk olmas nedeniyle s transfer yzeyini artrmak iin soutucu akkann getii borular ierisinde
bklm erit eleman kullanlmtr (Lallemand vd., 2001). Her geite 9 adet bakr boru
bulunmaktadr ve borularn i ve d aplar srasyla 8 ve 10 mmdir. Borularn uzunluu 60 cm, bakr
boru demetini evreleyen dairenin ap 98 mm ve gvde ap 113 mmdir. Evaporatrde borular
ierisinden soutucu akkan, gvde tarafndan soutma suyu gemektedir. Deneylerin aynartlarda
yaplabilmesi iin, soutma suyu, scakl elektrikli stclar yardmyla ayn deerde tutulan bir
depodan salanmaktadr. Kullanlan lm cihazlarnn zellikler Tablo 1de ve lm yerleri ekil
2de gsterilmitir.
Tablo1. lm cihazlarnn teknik zellikleri
lm cihaz lm aral Hassasiyet
Termokupul (K tipi) -180 C/1350 C 1.5 C
Basn Sensr 0/3000 kPa % 0.5
Debimetre (Su) 0.05/2.5 kg/s %3
Debimetre (Soutucu akkan) 0.005/0.05 kg/s %1.6
Bas
nOtomatii
Kompresr
Ya ayrc
Likit deposu
Gzetleme cam
Filtre
Kumanda panosu
Debimetre
Su iin debimetre
Evaporatr
Soutma suyu deposu
Veri toplamanitesi
Elektrikli stclar
Kondenser
-
7/30/2019 s deitiriciler
5/17
Ahmet KABUL, nder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT
SDU International Journal of Technologic Sciences
42
ekil 2. Deney sisteminin ematik gsterilimi.
2.1 Is Deitirici Dizayn Denklemleri
Is deitirici dizayn yaplrken, s transfer katsaysnn doru olarak tespiti iki akkan
arasnda ne kadar s transfer edileceinin belirlenmesi asndan olduka nemlidir. Bir s
deitirici dizayn yaplrken genel olarak iki yntem kullanlmaktadr. Bunlardan ilki,
ortalama logaritmik scaklk fark yntemi (Logarithmic Mean Temperature Difference,LMTD), ikincisi ise etkenlik gei birimi says yntemi (Number of Transfer Units,
NTU)dir (Genceli, 2005).
Kompresrl teorik soutma sisteminde evaporatr olarak kullanlan gvde - borulu s
deitirici iin genel s dengesi, sadece iindeki akkanlar arasnda s al verii olduu,
yani ortama bir s kaybnn olmad kabulyle aadaki ekilde yazlabilir (Rohsenow ve
Hartnett, 1973). Soutucu akkan tarafnda buharlama sz konusu olduu iin transfer
edilen s entalpi farklar kullanlarak belirlenir.
hmTcmQ rssps == &&&
, (1)
Bu denklemde ms gvde tarafndan geen suyun ktlesel debisi (kg/s), mr boru ierisinden
geen soutucu akkann ktlesel debisi (kg/s), cp,s sabit basnta suyun zgl s (kJ/kgC)
ve h soutucu akkann evaporatre giri k noktalarndaki entalpileri (kJ/kgC)
T P
T
P
T
P
T P
T
T
T
T
T
T
T
T
1
2
7
4
3
568
9
-
7/30/2019 s deitiriciler
6/17
Gvde Borulu Is Deitiriciin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneyselncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
43
gstermektedir. lk olarak, s deitiricinin performans aadaki denklemde verildii gibi
ortalama logaritmik scaklk fark kullanlarak hesaplanr.
FTAUQ m... =& (2)
Burada, Udeeri s deitiricinin s transfer katsaysn (kW/m2 C),A iki akkan ayran s
gei yzeyi (m2), Tm btn s deitiricide etkili olan scaklk fark (ortalama logaritmik
scaklk fark yntemi, C) ve F ise s deitirici iin dzeltme katsaysn gstermektedir.
Ters akml bir gvde iki boru gei hali iin ortalama logaritmik scaklk fark aadaki
ekilde yazlabilir.
=
crgs
grcs
crgsgrcsm
TT
TT
TTTTT
,,
,,
,,,,
ln
(3)
Burada s ve r alt indisleri srasyla suyu ve soutucu akkan, g ve c alt indisleri ise srasyla
evaporatre giri ve kn temsil etmektedir. LiteratrdeFdzeltme katsays,
( )dzeniaki,,PRfF= (4)
R s deitiricinin kapasite orann, Petkenliinin ve ak dzeninin bir fonksiyonu olarak
tanmlanr.
grgs
grcr
grcr
csgs
TT
TTP
TT
TTR
,,
,,
,,
,,
=
=
(5)
Dzeltme faktr bir gvde iki boru geis deitirici iin,
-
7/30/2019 s deitiriciler
7/17
Ahmet KABUL, nder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT
SDU International Journal of Technologic Sciences
44
( )( )
( )
+++
++
+=
112
112ln
1
1ln
1
1,
2
2
2
RRP
RRP
PR
P
R
RPRF (6)
eklinde hesaplanr ve ayn zamanda bu ifade literatrde bulunan grafiklerden de okunabilir.
Bu ilemlerin ardn denklem (2)den UA (kW/C) ifadesi ekilereks deitiriciye ait toplam
s transfer katsays tespit edilir.
FT
QAU
m ..
=
&
(7)
kinci olarak, s deitiricinin performans, etkenlik gei birimi says yntemi dikkate
alnarak ta hesaplanabilir. Is deitiricinin etkenlii, gerek s transferinin hibir snrlama
getirilmeden teorik olarak elde edilebilecek maksimum s transferine oran olarak aadaki
ekilde ifade edilir.
maxQQ&&= (8)
Hesab yaplan evaporatrde basn dmn dikkate almadan gerekleen akta, souyan
suyun minimum s kapasitesine sahip olduu kabul edilir s,psmin cmC &= , nk soutucu akkan
dikkate alndnda faz deiimi olduu iin s kapasitesi sonsuz olarak kabul edilir
r,prmax cmC &= . Transfer edilen maksimum s oran,
( )grgs TTCQ ,,minmax =& (9)
eklinde hesaplanr ve kabulle evaporatrn etkinlii aadaki ekilde ifade edilir.
NTUe=1 (10)
Denklem (10)dan gei birimi says NTU ekilirse gei birimi says,
-
7/30/2019 s deitiriciler
8/17
Gvde Borulu Is Deitiriciin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneyselncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
45
( )= 1lnNTU (11)
gibi elde edilir (Torrella vd. 2006). Bununla birlikte soutucu ak
kan
n s
cakl
ndaki kaymave basn dmnden dolay, evaporatrn giriinde ve knda farkl scaklklara sahip
olmas durumunda s deitiricinin konfigrasyonunun dikkate alnmas gerekir. Bu yzden
gvde - borulu s deitiricinin etkenlii Incropera ve DeWitt tarafndan,
( )( )
( )max
min
1
15.02 ,1
1112 5.02
5.02
C
CC
e
eCC R
CNTU
CNTU
RRR
R
=
++++=
+
+
(12)
eklinde verilmitir. Bu ifadeden NTU ekilirse,
( ) ( )( ) 5.02
25.02
1
1,
1
1ln1
R
RR
C
CE
E
ECNTU
+
+=
+
+=
(13)
eklinde tanmlanr (Incropera ve DeWitt, 1990 ). Bu yolla NTU elde edildikten sonra alanla
birlikte toplam s transfer katsays aadaki ekilde ifade edilir.
minC
UANTU= (14)
Gerekte evaporatrn giri ve k artlarnda ya scaklk kaymas ya da basn dm
sonucu scaklk farkllklar ortaya kmasna ramen, faz deiimi esnasnda evaporatr
s
cakl
n
n deimedii farz edilir ve soutucu ak
kan
n zgl
s
s
sonsuz
kar. Buproblemi ortadan kaldrabilmek iin R404A soutucu akkann zgl ss aadaki ifade ile
hesaplanr.
grcr
grcrrp
TT
hhc
,,
,,,
= (15)
2.2 Is
Transfer Katsay
s
iin Teorik Ba
nt
lar
-
7/30/2019 s deitiriciler
9/17
Ahmet KABUL, nder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT
SDU International Journal of Technologic Sciences
46
Is deitirici dizayn iin yaklamlarla s deitiricinin her iki tarafndaki akkan iin
ortalama s tanm katsays tahmin edilir ve bu deerler kullanlarak toplam s transfer
katsays hesaplanr. Ortalama s tanm katsays, literatrde farkl durumlar ve akkanlar
iin verilen deneysel veriler kullanlarak elde edilen teorik bantlardan elde edilebilir. Yeni
nesil alternatif soutucu akkanlarda s transferini ve akkan performansn nceden tahmin
etmede birok sknt bulunmaktadr. nk bu konuyla ilgili yaplan deneysel almalarn az
olmasndan dolay geerli mevcut bantlar deney verileriyle desteklenememektedir.
Evaporatr ve kondanserde s transfer katsaysnn bilinmesi soutma sisteminde yer alan s
deitiriciler iin gereklidir. Is deitiricide bulunan soutucu akkan, karmak
mekanizmaya sahip zorlanm tanmla faz deiimine maruz kalmaktadr (hem evaporatrde
hem de kondenserde). Bugn literatrde deneysel verilere dayal ak durumunda kaynama
olaynn gerekletii esnada s transfer olayn karakterize eden baz bantlar nerilmitir.
Literatrde, kaynama olaynn gerekletii iki fazl ak durumu iin Chen (Chen, 1966),
Gungor ve Winterton (Gungor ve Winterton, 1986), Kandlikar (Kandlikar, 1990), Liu ve
Winterton (Liu ve Winterton, 1991) gibi hala geni kullanm alanlar bulan bantlar
mevcuttur.
Kendi deney dzeneimizden elde edilen deneysel sonular karlatrmak iin farkl
bant dikkate alnmtr. Kandlikar tarafndan nerilen ve Hsieh vd. tarafndan kullanlan
bant ilk olarak dikkate alnmtr (Hsieh vd., 2007).
[ ]625.035.05.0, 95.025.1 BoFrCosrr += (16)
Burada r,s sv halde kaynama sz konusu deilken s transfer katsaysn ifade etmektedir
ve aadaki ekilde ifade edilebilir (Chen, 2001).
=
var
3/178.0,, PrRe2092.0
du
ort
h
srsr D
k
(17)
Yukardaki denklemde Co, Fr, Bo, Re ve Pr srasyla konveksiyon, Froude, kaynama,
Reynolds ve Prandtl saylarn ifade etmektedir. Bu ifadeler aadaki ekilde tespit edilir.
-
7/30/2019 s deitiriciler
10/17
Gvde Borulu Is Deitiriciin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneyselncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
47
( )8.05.0
,
, 1
=
x
xCo
sr
br
(18)
hsr gDGFr,
2
= (19)
sbrGh
qBo
,
= (20)
br
iGD
,
Re
= (21)
br
brrbp
k
c
,
,,Pr
= (22)
Burada G ktlesel ak olarak tanmlanr ve hzla younluun arpmndan bulunur. Soutucu
akkan tarafnda yani boru ierisinden ak hz aadaki ekilde bulunur.
4
2i
br
rr d
n
mV
= (23)
kinci olarak Gungor ve Wintertonun nerdii ve Boissieux vd. tarafndan kullanlan bant
dikkate alnmtr (Gungr ve Winterton, 1987 ve Boissieux vd., 2000).
Frx
xBo
br
srsrr
++=
41.0
,
,75.0
86.0, 1
30001
(24)
nc olarak Smith, vd.(1992)in nerdii ve Bansal ve Purkayastha (1998) tarafndan
kullanlan bant dikkate alnmtr. Bansal ve Purkayastha (1998) bantlarnda
kullandklar sv haldeki yani kaynamann olmads tanm katsaysn Dittus ve Boelter
tipi denklemle aadaki ekilde belirlemilerdir.
( )[ ]h
srsrsrr
d
kBo ,4.08.0,
3.14, PrRe023.0104.03.4 =+= (25)
-
7/30/2019 s deitiriciler
11/17
Ahmet KABUL, nder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT
SDU International Journal of Technologic Sciences
48
Gvde tarafndaki hesaplamada ise faz deiimi olmad iin klasik formller kullanlabilir.
Gvde tarafndaki hz,
( ) sdbc
s
sdnd
m
V 22 24
=
(26)
eklinde hesaplanr. Hz bulunduktan sonra soutucu akkan tarafnda verilen formlle
Reynolds ve Prandtl says hesaplanarak buradan Nusselt says bir gvdeli iki geili gvde -
borulu s deitirici iin aadaki bantyla hesaplanr.
4.08.0
PrRe023.0=Nu (27)
Nusselt says hesaplandktan sonra bu sayya ait dier bir tanmlamadan yararlanarak gvde
tarafndaki s tanm katsays aadaki ekilde elde edilir.
h
ss d
Nuk= (28)
Gvde ve boru tarafndaki s tanm katsaylar yukardaki verilen bantlar ile hesaplanr.
Is deitiricinin belli bir alma periyodundan sonra s transfer yzeyleri zerine akkanlar
iinde bulunabilen paracklar, metal tuzlar veya eitli kimyasal elemanlar birikebilir. Bazen
de korozif etkiler nedeniyle, bu yzeyler zerinde bir oksidasyon tabakas oluabilir. Is
deitirici yzeyinde snn geiine diren oluturan bu deerlerRf kirlilik faktr olarak
tanmlanr. Bu almada kirlilik faktr soutucu akkan gaz iin 4x10-4 m2C/W eklinde
seilmitir (Genceli, 2005). Toplam s transfer katsays UA, iletim direnci ihmal edilerek,
deneysel sonularla karlatrabilmek iin aadaki ekilde tekrar elde edilir (Kurem, 1997;
Aprea vd., 2000).
AR
AUA rf
s
111++= (29)
-
7/30/2019 s deitiriciler
12/17
Gvde Borulu Is Deitiriciin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneyselncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
49
3. SONULAR
Btn deneylerde, kzgnlk deerinin belirtilen snrlar amadan hatta sfr deerinde
tutularak, sadece faz deiimi esnasnda ortaya kan toplam s transfer katsaysnn
belirlenmesi amalanmtr. Bu amala, evaporatr basncnn arttrlmasyla evaporatrierisinden geen soutucu akkann debisi artt iin gvde tarafndan geen suyun debisi
de arttrlmtr. Soutma suyu debisinin fazla olmas kzgnl arttrrken, dk kalmas ise
soutucu akkann bir ksmnn buharlamadan kmasna sebep olmaktadr. Evaporatr
basncnn artmasyla toplam s transfer katsays art gsterirken, evaporatr basnc sabit
tutularak yaplan deneylerde soutma suyu scakl artarken toplam s transfer katsays
dmektedir (ekil 3 ve 4). Toplam s transfer katsaysnn dmesi, soutma suyu debisinin
soutma suyu s
cakl
artt
ka drlmesine bal
d
r. Soutma suyu debisinin drlmesiise evaporatr knda kzgnlk blgesine gememek iindir. Ayrca ekil 3 ve 4de toplam
s transfer katsaysnn ve soutma suyu hznn deiimi soutma suyu scaklnn ve
evaporatr basncnn fonksiyonu olarak verilmitir.
ekil 3. Toplam s transfer katsaysnn, evaporatr basnc ve soutma suyu scaklnn
fonksiyonu olarak gsterilimi
Toplamst
ransferkatsays(kW
/C)
Soutma suyu scakl (C) Evaporatr basnc (bar)
-
7/30/2019 s deitiriciler
13/17
Ahmet KABUL, nder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT
SDU International Journal of Technologic Sciences
50
ekil 4. Gvde tarafndan geen soutma suyu hznn, evaporatr basnc ve soutma suyu
scaklnn fonksiyonu olarak gsterilimi
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Mevcut bantlarla hesaplanan UA (kW/C)
DeneyselUA(kW/C)
Kandlikar
Gngr
Smith
ekil 5. Deneysel sonularla elde edilen buharlama esnasndaki toplam s transfer
katsaysnn literatrdeki modellerle (bantlarla) karlatrlmas
Soutmasuyuhz(
m/s)
Soutma suyu scakl (C) Evaporatr basnc (bar)
-
7/30/2019 s deitiriciler
14/17
Gvde Borulu Is Deitiriciin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneyselncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
51
Deneysel olarak elde edilen buharlama esnasndaki toplam s transfer katsaysnn
Kandlikar, Gngr ve Smith tarafndan nerilen modeller ile karlatrlmas ekil 5de
verilmitir. Bu grafik, aynartlar altnda deneysel sonular ile teorik bantlar arasnda fark
olduunu gstermektedir. Grafikte 45 derece ayla izilen izgi deneysel sonularn tam
karln ifade ederken, dier noktalar ise deneysel sonulardan sapmalar ifade etmektedir.
izginin altnda kalan noktalar tahminlerin altnda elde edilen deerleri, stnde kalanlar ise
tahminlerin zerinde deerler elde edildiini ifade etmektedir. Dk evaporatr
basnlarnda sapma %40lar civarndayken basn ykseltildike sapma daha az
deerlerdedir.
Bu almann sonunda, gvde - borulu s deitirici iin ampirik bir bant gelitirilmitir.
Bu bant deneysel verilerden yola klarak elde edilmitir. Bu bantda toplam s transfer
katsays evaporatr basnc, soutma suyu giri - k scakl, soutma suyu debisi,
alternatif soutucu akkan R404Ann debisi ve soutma suyunun gvde tarafndaki hznn
deiimleri dikkate alnarak gelitirilmitir. Deneysel veriler, DataFit paket programnda
deerlendirilerek regresyon analizi yaplmtr. Regresyon deeri deneysel alma sonucunda
bulunan deerlerle analiz sonucu bulunan ampirik bantdan bulunan sonularn birbirine
uygunluunu ifade eder. Regresyon sonucu kabilecek en iyi deer 1dir. Ancak deneysel
hatalar, yaplan baz kabuller veya ihmaller neticesinde bu deerin 1den daha kk bir deerkmas beklenir. Bu analiz sonucunda toplam s transfer katsays iin elde edilen ifade
aadaki ekildedir.
gVfmemdTcTbPaUA ssrcsugsuev ++++++=
****** ,, (30)
Burada Pev evaporatr basncn (bar), Tsu,g soutma suyunun giri scakln (C), Tsu,c
soutma suyunun k scakln (C), rm soutucu akkan debisini (kg/s), sm soutma
suyu debisini (kg/s) ve Vs gvde tarafndan geen soutma suyunun hzn (m/s) ifade
etmektedir. Denklem 30da elde edilen bantnn katsaylar izelge 5.1de verilmitir.
izelge 5.1. Ampirik bantnn katsaylar
a 0.102322502024857
b 1.0013138114151*10-4
c 1.00493278747802*10-3
d -6.52045965856114e 3.57277475715842
-
7/30/2019 s deitiriciler
15/17
Ahmet KABUL, nder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT
SDU International Journal of Technologic Sciences
52
f -16.7597995635962
g -0.209997768947909
DataFit paket program kullanlarak tretilen ampirik bantyla sras ile farkl evaporatr
basnlarndaki deerler yerine yazlarak toplam s transfer katsays tekrar elde edilmitir.
4. KAYNAKLARAprea, C., De Rossi, F., Greco, A., 2000. Experimental evaluation of R22 and R407C
evaporative heat transfer coefficients in a vapour compression plant. InternationalJournal of Refrigeration, 23, 366 - 377.
Bansal, P. K., Purkayastha, B., 1998. An NTU- model for alternative refrigerants.International Journal of Refrigeration, 21, 381-397.
Beer, E., 1998. Soutucu maddelerle ilgili Dnyada ve Trkiyede gelimeler. Mhendis veMakine, 39 (458), 15 - 26.
Boissieux, X., Heikal, M.R., Johns, R.A., 2000. Two-phase heat transfer coefficients of threeHFC refrigerants inside a horizontal smooth tube, part I: evaporation. InternationalJournal of Refrigeration, 23, 269 - 283.
Chen, J.C., 1966. A correlation for boiling heat transfer to saturated fluids in convectiveflow. Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Dev., 5, 322 - 329.
Chen, C.H., 2001. Experimental of flow boiling and evaporation heat transfer of R-410A andbubble characteristics in horizontal annular duct. MS. thesis, National Chaio Tunguniversity, Hsinchu, Taiwan.
Genceli, F. O., 2005. Is deitiricileri. Birsen Yaynevi, 424s. stanbul
Greco, A., Vanoli, G. P., 2005a. Flow boiling heat transfer with HFC mixtures in a smoothhorizontal tube. Part I: Experimental investigations. Experimental Thermal and FluidScience, 29 (2), 189 - 198.
Greco, A., Vanoli, G. P., 2005b. Flow boiling heat transfer with HFC mixtures in a smoothhorizontal tube. Part II: Assessment of predictive methods. Experimental Thermal andFluid Science, 29 (2), 199 - 208.
Greco, A., Vanoli, G. P., 2005c. Flow-boiling of R22, R134a, R507, R404A and R410Ainside a smooth horizontal tube. International Journal of Refrigeration, 28 (6), 872 -880.
Gungor, K.E., Winterton, R.H.S., 1986. A general correlation for flow boiling in tubes andannuli. Int. J. Heat Mass Transfer, 29, 351-358.
Hsieh, Y.Y., Lie, Y.M., Lin, T.F., 2007. Saturated flow boiling heat transfer of refrigerant R-410A in a horizontal annular finned duct. International Journal of Heat and MassTransfer, 50, 1442-1454.
Incropera, P.F., DeWitt, D.P., 1990. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. John Wiley &
Sons, 919p. New York.
-
7/30/2019 s deitiriciler
16/17
Gvde Borulu Is Deitiriciin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneyselncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
53
Incropera, P.F., DeWitt, D.P., 2004. Is ve Ktle Geiinin Temelleri. Literatr Yaynclk,960s. stanbul.
Kandlikar, S.G., 1990. A general correlation for saturated two-phase flow boiling heattransfer inside horizontal and vertical tubes. ASME J. Heat Transfer 112, 219-228.
Kurem, E., 1997. Hava Soutucu Kanatl Borulu Evaporatrn Teorik ve Deneysel Olarakncelenmesi. Uluda niversitesi Fen Bilimleri Enstits, Doktora Tezi, 121s, Bursa.
Li, H., Kottke, V., 1998. Visualization and determination of local heat transfer coefficients inshell-and-tube heat exchangers for staggered tube arrangement by mass transfermeasurements. Experimental Thermal and Fluid Science, 17, 210 - 216.
Li, H., Kottke, V., 1999. Analysis of local shell side heat and mass transfer in the shell aandtube heat exchanger with disc nad doughnut baffless. International Journal of Heat andMass Transfer, 42, 3509 - 3521.
Liu, Z., Winterton, R.H.S., 1991. A general correlation for saturated and subcooled flowboiling in tubes and annuli, based on a nucleate pool boiling equation, Int. J. Heat
Mass Transfer 34, 2759 - 2766.
Polat, F., 2001. Baz parametrelerin ve alternatif soutucu akkanlarn soutma sistemininperformansna ve sistem elemanlarnn kapasitelerine etkilerinin analizi. Gaziniversitesi, Fen Bilimleri Enstits, Yksek lisans tezi, 127s, Ankara.
Rohsenow, W.M., Hartnett, J.P., 1973. Handbook of Heat Transfer. McGraw-Hill BookCompany, 1502p. New York.
Smith, M.K., Wattelet, J. P., ve Newell, T.A., 1992. A Study of evaporation heat transfercoefficient correlations at low heat and mass fluxes for pure refrigerants andrefrigerant mixtures. Air Conditioning and Refrigeration Centre, Universitiy of Illinois
at Urbana, Champaign, USA, ACRC TR - 32.Torrella, E., Navarro-Esbri, J., Cabello, R., 2006. Boiling heat transfer coefficient variation
for R407C inside horizontal tubes of a refrigerating vapour-compression plants shell-and-tube evaporator. Applied Energy, 83 (3), 239 - 252.
-
7/30/2019 s deitiriciler
17/17
Ahmet KABUL, nder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT
SDU I t ti l J l f T h l i S i
54
SEMBOLLER
C Is kapasitesicp zgl s
D apd Yar apdc Boru demetini evreleyen dairenin yarapF Dzeltme katsays Is Deitiricinin etkenliiG Soutucu akkan ktle debisig Yerekimi ivmesih zgl entalpik Is iletim katsaysUA Toplam s transfer katsaysTm Ortalama logaritmik scaklk fark
m& Akkan debisi
nb Boru saysNTU Gei birimi saysP Is deitiricinin etkenliiR Is deitiricinin kapasite oranRf Is deitirici kirlilik faktrq Is aksQ IsT ScaklkV Hzx Kuruluk derecesi
YounlukDinamik viskoziteIs tanm katsays
Co Konveksiyon saysBo Kaynama saysFr Froude saysRe Reynolds saysPr Prandtl saysNu Nusselt says
Altndisler
b Buharc kg Girih Hidroliks Sui d Dr Soutucu akkan
top related