of 17 /17
SDU International Journal of Technologic Sciences SDU International Technologic Science Vol. 3, No 2, February 2011 pp. 38-54 GÖVDE BORULU ISI DEĞİŞTİRİCİ İÇİN ISI TARANSFER KATSAYISININ TEORİK VE DENEYSEL İNCELENMESİ Ahmet KABUL , Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT Özet Bu çalışmanın amacı, soğutucu akışkan olarak R404A’nın kullanıldığı kompresörlü soğutma sisteminde gövde borulu ısı değiştiricinin akış halinde kaynama esnasındaki toplam ısı transfer katsayısının değişiminin sistem parametrelerine göre incelenmesidir. Bu amaç doğrultusunda deneysel bir sistem kurulmuş ve evaporatör basıncı ve sıcaklığının, soğutucu akışkan debisinin ve soğutma suyu debisinin toplam ısı transfer katsayısı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Deney çalışması, evaporatör basıncın 2.73 - 5.76 bar ve soğutucu akışkan kütle akısının 64.64 - 152.68 kg/m 2 s olduğu aralıklarda yapılmıştır. Kullanılan gövde - borulu ısı değiştirici 60 cm boyunda ve bir geçişte iç çapı 8 mm ve dış çapı 10 mm olan 9 adet bakır borudan oluşmaktadır. Yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar kullanılarak kaynama esnasındaki toplam ısı transfer katsayısı hesaplanmıştır. Deney sonuçları hesaplandıktan sonra literatürde önerilmiş üç farklı bağıntı kullanılarak kaynama esnasındaki ısı transfer katsayısı tekrar elde edilmiştir. Elde edilen değer ile deney sonuçları karşılaştırılmıştır. Anahtar kelimeler: gövde borulu ısı değiştiricisi, kaynama, ısı transfer katsayısı THEORETICAL AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF HEAT TRANSFER 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 shell and tube heat exchanger equipped in a refrigeration system using R404a. For this aim, an experimental system was built up. The effects of evaporator pressure and temperature, refrigerant mass flow rate and cooling water mass flow rate on heat transfer coefficient were investigated. Experiments were made for evaporator pressure of 2.73-5.76 bar and refrigerant mass flux rate of 64.64-152.68 kg/m 2 s. The shell and tube heat exchanger is 60 cm in length and consist of 9 tubes which are 8 mm in inner diameter and 10 mm in outer diameter. Overall heat transfer 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 different equations proposed by some researchers. The calculated results were compared with experimental results. Key words: shell and tube heat exchanger, boiling, heat transfer coefficient Süleyman Demirel Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Makine Eğitimi Bölümü, 32260 Isparta/ TÜRKİYE, E-posta:[email protected] Mechanical Technology

GÖVDE BORULU ISI DEĞİŞTİRİCİÇİN ISI TARANSFER …

  • Author
    others

  • View
    5

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of GÖVDE BORULU ISI DEĞİŞTİRİCİÇİN ISI TARANSFER …

Microsoft Word - 3-2-5SDU International Journal of Technologic Sciences
38
SDU International Technologic Science Vol. 3, No 2, February 2011 pp. 38-54
GÖVDE BORULU ISI DETRC ÇN ISI TARANSFER
KATSAYISININ TEORK VE DENEYSEL NCELENMES
Ahmet KABUL∗, Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT
Özet Bu çalmann amac, soutucu akkan olarak R404A’nn kullanld kompresörlü soutma sisteminde gövde borulu s deitiricinin ak halinde kaynama esnasndaki toplam s transfer katsaysnn deiiminin sistem parametrelerine göre incelenmesidir. Bu amaç dorultusunda deneysel bir sistem kurulmu ve evaporatör basnc ve scaklnn, soutucu akkan debisinin ve soutma suyu debisinin toplam s transfer katsays üzerindeki etkisi incelenmitir. Deney çalmas, evaporatör basncn 2.73 - 5.76 bar ve soutucu akkan kütle aksnn 64.64 - 152.68 kg/m2s olduu aralklarda yaplmtr. Kullanlan gövde - borulu s deitirici 60 cm boyunda ve bir geçite iç çap 8 mm ve d çap 10 mm olan 9 adet bakr borudan olumaktadr. Yaplan deneylerden elde edilen sonuçlar kullanlarak kaynama esnasndaki toplam s transfer katsays hesaplanmtr. Deney sonuçlar hesaplandktan sonra literatürde önerilmi üç farkl bant kullanlarak kaynama esnasndaki s transfer katsays tekrar elde edilmitir. Elde edilen deer ile deney sonuçlar karlatrlmtr.
Anahtar kelimeler: gövde borulu s deitiricisi, kaynama, s transfer katsays
THEORETICAL AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF HEAT
TRANSFER 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 shell and tube heat exchanger equipped in a refrigeration system using R404a. For this aim, an experimental system was built up. The effects of evaporator pressure and temperature, refrigerant mass flow rate and cooling water mass flow rate on heat transfer coefficient were investigated. Experiments were made for evaporator pressure of 2.73-5.76 bar and refrigerant mass flux rate of 64.64-152.68 kg/m2s. The shell and tube heat exchanger is 60 cm in length and consist of 9 tubes which are 8 mm in inner diameter and 10 mm in outer diameter. Overall heat transfer 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 different equations proposed by some researchers. The calculated results were compared with experimental results.
Key words: shell and tube heat exchanger, boiling, heat transfer coefficient
∗ Süleyman Demirel Üniversitesi, Teknik Eitim Fakültesi, Makine Eitimi Bölümü, 32260 Isparta/ TÜRKYE, E-posta:[email protected]
Mechanical Technology
   
Gövde Borulu Is Deitirici çin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneysel ncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
39
1. Giri Mühendislik uygulamalarnn en önemli ve en çok karlalan ilemlerinden birisi, farkl
scaklklardaki iki veya daha fazla akkan arasndaki s deiimidir. Isnn bir akkandan
baka akkana transferi, uygulama süreçlerinde çou kez amaçlanan önemli bir olaydr.
Kazanlar, kondenserler, evaporatörler, su stclar, otomobil radyatörleri, hava stma ve
soutma kabinleri gibi uygulamalar, bir scak ve bir souk akkan arasnda s al veriinin
olduu süreçlere örnek olarak verilebilir. Bu s al veriini salamak için s deitiricileri
kullanlr. Çok sayda s deitiricisi tipleri olmasna ramen, bunlardan gövde borulu s
deitiricisi, iletme scaklnn ve basncnn geni aralkta olmas nedeniyle dierlerine
nazaran daha fazla uygulama alanna sahiptir (Genceli, 2005).
Bu çalmada, yeni nesil soutucu akkan olan R404A ile çalan evaporatör olarak gövde
borulu s deitiricinin kullanld deneysel bir soutma sistemi kurulmu ve çeitli artlarda
deneyler yaplmtr. Soutma sistemlerinde kullanlan eski nesil soutucu akkanlarn ozon
tabakasn tahrip ettii ortaya çktktan sonra, uluslararas protokoller ile bu gazlarn üretimi
ve kullanm bir programa balanarak yasaklanmtr. Ozona zarar veren soutucu
akkanlarn kullanm ve üretiminin azaltlmas ile ilgili çalmalar, 1997 ylnda 43 ülkenin
katlm ile imzalanan Montreal Protokolü ile balamtr. Bu yasaklamalar sonucunda üretici
firmalar ozonu tahrip eden CFC ve HCFC’li soutucu akkanlar yerine ozonu tahrip etmeyen
HFC’li soutucu akkanlar üretmeye 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 için yüksek küresel 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 çalmada, gövde borulu s deitiricinin d yüzeyinde
lokal s transfer katsaysn kütle transferi ölçümlerinden belirlemilerdir. Kütle transferi
deneylerini, absorpsiyon, kimyasal ve birleik renk reaksiyonlarn kullanarak
gerçekletirmilerdir. kütle transfer katsaysn hesapladktan sonra s ve kütle transferi
arasnda analojiyi kullanarak s transfer katsaysn elde etmilerdir. (Li ve Kottke, 1998).
Ahmet KABUL, Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT
SDU International Journal of Technologic Sciences
40
farkl artma levhas tiplerini dikkate alarak gövde borulu s deitiricide lokal s transfer
katsaysn belirlemilerdir. Gövde taraf ak dalmn artma levhalarndaki basnç
düümünün ölçülmesiyle belirlemilerdir. Bunun yannda çalmalarnda her boru ve gövde
bölümü için ortalama s transfer katsaylarn vermilerdir (Li ve Kottke, 1999).
Greco ve Vanoli tarafndan yaplan iki farkl çalmada, yatay düz boru içerisinde HFC tipi
karm soutucu akkanlarn ak esnasnda kaynama durumu için s transfer olayn
deneysel ve teorik metotlarla incelemilerdir. Deneylerini düzgün olarak stlan 6mm çapnda
ve 6m uzunluunda yatay paslanmaz çelik boruda yapmlardr. kinci çalmalarnda ise
deneysel olarak yaptklar ayn sistem için literatürde iyi bilinen teorik bantlar kullanarak,
tahmin edilen sonuçlarla deneysel sonuçlar karlatrmlardr (Greco ve Vanoli, 2005a;
Greco ve Vanoli, 2005b).
Torrella vd. tarafndan 2005 ylnda yaplan bir çalmada, buhar sktrmal soutma
sisteminde gövde borulu yatay evaporatör içinde R407C soutucu akkan için kaynama
esnasnda s transfer katsaysnn deiimini deneysel olarak incelemilerdir. Bu
çalmalarnda evaporatörün toplam sl direncinin analizi, evaporatördeki basnç düüünün
etkisi dikkate alnarak deneysel sonuçlardan elde edilen veriler etkinlik NTU yöntemi hesab
kullanlarak yorumlandktan sonra, kaynama esnasndaki s transfer katsaysn tespit
etmilerdir. Sonuç olarak, analiz yaplan aralkta kaynamada s transfer katsaysnn
deiiminin evaporatör scaklna ve soutucu akkan debisine bal olduunu
gözlemlemilerdir (Torrella vd., 2006).
2. MATERYAL VE METOT
R404A soutucu akkannn kullanld deney sistemi, temel olarak hermetik tip bir kompresör,
gövde borulu bir evaporatör, hava soutmal bir kondenser ve termostatik genleme valfinden
olumaktadr (ekil 1). Kompresör 3 HP gücündedir ve R404A soutucu akkan için uygun polyester
(POE) ya kullanlmtr.
Gövde Borulu Is Deitirici çin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneysel ncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
41
ekil 1. Deney sisteminin genel görünümü
Evaporatör olarak kullanlan gövde borulu s deitiricisi ters akl tipte ve bir gövde ile iki geçie
sahip olup s transfer alan 0.339 m2’dir. Alternatif soutucu akkanlarn s transfer katsaysnn
düük olmas nedeniyle s transfer yüzeyini artrmak için soutucu akkann geçtii borular içerisinde
bükülmü erit eleman kullanlmtr (Lallemand vd., 2001). Her geçite 9 adet bakr boru
bulunmaktadr ve borularn iç ve d çaplar srasyla 8 ve 10 mm’dir. Borularn uzunluu 60 cm, bakr
boru demetini çevreleyen dairenin çap 98 mm ve gövde çap 113 mm’dir. Evaporatörde borular
içerisinden soutucu akkan, gövde tarafndan soutma suyu geçmektedir. Deneylerin ayn artlarda
yaplabilmesi için, soutma suyu, scakl elektrikli stclar yardmyla ayn deerde tutulan bir
depodan salanmaktadr. Kullanlan ölçüm cihazlarnn özellikler Tablo 1’de ve ölçüm yerleri ekil
2’de gösterilmitir.
Termokupul (K tipi) -180 °C/1350 °C ±1.5 °C
Basnç Sensörü 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
Basnç Otomatii
SDU International Journal of Technologic Sciences
42
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 açsndan oldukça önemlidir. Bir s
deitirici dizayn yaplrken genel olarak iki yöntem kullanlmaktadr. Bunlardan ilki,
ortalama logaritmik scaklk fark yöntemi (Logarithmic Mean Temperature Difference,
LMTD), ikincisi ise etkenlik geçi birimi says yöntemi (Number of Transfer Units,
NTU)’dir (Genceli, 2005).
Kompresörlü teorik soutma sisteminde evaporatör olarak kullanlan gövde - borulu s
deitirici için genel s dengesi, sadece içindeki akkanlar arasnda s al verii olduu,
yani ortama bir s kaybnn olmad kabulüyle aadaki ekilde yazlabilir (Rohsenow ve
Hartnett, 1973). Soutucu akkan tarafnda buharlama söz konusu olduu için transfer
edilen s entalpi farklar kullanlarak belirlenir.
hmTcmQ rssps Δ=Δ= &&& , (1)
Bu denklemde ms gövde tarafndan geçen suyun kütlesel debisi (kg/s), mr boru içerisinden
geçen soutucu akkann kütlesel debisi (kg/s), cp,s sabit basnçta suyun özgül s (kJ/kg°C)
ve Δh soutucu akkann evaporatöre giri çk noktalarndaki entalpileri (kJ/kg°C)
T P T
9
Gövde Borulu Is Deitirici çin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneysel ncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
43
ortalama logaritmik scaklk fark kullanlarak hesaplanr.
FTAUQ m ... Δ=& (2)
Burada, U deeri s deitiricinin s transfer katsaysn (kW/m2 °C), A iki akkan ayran s
geçi yüzeyi (m2), ΔTm bütün s deitiricide etkili olan scaklk fark (ortalama logaritmik
scaklk fark yöntemi, °C) ve F ise s deitirici için düzeltme katsaysn göstermektedir.
Ters akml bir gövde iki boru geçi hali için ortalama logaritmik scaklk fark aadaki
ekilde yazlabilir.
ln (3)
Burada s ve r alt indisleri srasyla suyu ve soutucu akkan, g ve c alt indisleri ise srasyla
evaporatöre giri ve çkn temsil etmektedir. Literatürde F düzeltme katsays,
( )düzeniaki,, PRfF = (4)
R s deitiricinin kapasite orann, P etkenliinin ve ak düzeninin bir fonksiyonu olarak
tanmlanr.
grgs
grcr
grcr
csgs
Düzeltme faktörü bir gövde iki boru geçi s deitirici için,
Ahmet KABUL, Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT
SDU International Journal of Technologic Sciences
44
R RPRF (6)
eklinde hesaplanr ve ayn zamanda bu ifade literatürde bulunan grafiklerden de okunabilir.
Bu ilemlerin ardn denklem (2)’den UA (kW/°C) ifadesi çekilerek s deitiriciye ait toplam
s transfer katsays tespit edilir.
FT QAU
alnarak ta hesaplanabilir. Is deitiricinin etkenlii, gerçek s transferinin hiçbir snrlama
getirilmeden teorik olarak elde edilebilecek maksimum s transferine oran olarak aadaki
ekilde ifade edilir.
Hesab yaplan evaporatörde basnç düümünü dikkate almadan gerçekleen akta, souyan
suyun minimum s kapasitesine sahip olduu kabul edilir s,psmin cmC &= , çünkü soutucu akkan
dikkate alndnda faz deiimi olduu için s kapasitesi sonsuz olarak kabul edilir
r,prmax cmC &= . Transfer edilen maksimum s oran,
( )grgs TTCQ ,,minmax −=& (9)
NTUe−−= 1ε (10)
Denklem (10)’dan geçi birimi says NTU çekilirse geçi birimi says,
Gövde Borulu Is Deitirici çin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneysel ncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
45
gibi elde edilir (Torrella vd. 2006). Bununla birlikte soutucu akkann scaklndaki kayma
ve basnç düümünden dolay, evaporatörün giriinde ve çknda farkl scaklklara sahip
olmas durumunda s deitiricinin konfigürasyonunun dikkate alnmas gerekir. Bu yüzden
gövde - borulu s deitiricinin etkenlii Incropera ve DeWitt tarafndan,
( ) ( )
( ) ( ) ( ) 5.02
25.02
+−= − ε (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)
Gerçekte evaporatörün giri ve çk artlarnda ya scaklk kaymas ya da basnç düümü
sonucu scaklk farkllklar ortaya çkmasna ramen, faz deiimi esnasnda evaporatör
scaklnn deimedii farz edilir ve soutucu akkann özgül ss sonsuz çkar. Bu
problemi ortadan kaldrabilmek için R404A soutucu akkann özgül ss aadaki ifade ile
hesaplanr.
grcr
SDU International Journal of Technologic Sciences
46
Is deitirici dizayn için yaklamlarla s deitiricinin her iki tarafndaki akkan için
ortalama s tanm katsays tahmin edilir ve bu deerler kullanlarak toplam s transfer
katsays hesaplanr. Ortalama s tanm katsays, literatürde farkl durumlar ve akkanlar
için verilen deneysel veriler kullanlarak elde edilen teorik bantlardan elde edilebilir. Yeni
nesil alternatif soutucu akkanlarda s transferini ve akkan performansn önceden tahmin
etmede birçok sknt bulunmaktadr. Çünkü bu konuyla ilgili yaplan deneysel çalmalarn az
olmasndan dolay geçerli mevcut bantlar deney verileriyle desteklenememektedir.
Evaporatör ve kondanserde s transfer katsaysnn bilinmesi soutma sisteminde yer alan s
deitiriciler için gereklidir. Is deitiricide bulunan soutucu akkan, karmak
mekanizmaya sahip zorlanm tanmla faz deiimine maruz kalmaktadr (hem evaporatörde
hem de kondenserde). Bugün literatürde deneysel verilere dayal ak durumunda kaynama
olaynn gerçekletii esnada s transfer olayn karakterize eden baz bantlar önerilmitir.
Literatürde, kaynama olaynn gerçekletii iki fazl ak durumu için 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 düzeneimizden elde edilen deneysel sonuçlar karlatrmak için üç farkl
bant dikkate alnmtr. Kandlikar tarafndan önerilen ve Hsieh vd. tarafndan kullanlan
bant ilk olarak dikkate alnmtr (Hsieh vd., 2007).
[ ]625.035.05.0 , 95.025.1 BoFrCosrr += −αα (16)
Burada αr,s sv halde kaynama söz konusu deilken s transfer katsaysn ifade etmektedir
ve aadaki ekilde ifade edilebilir (Chen, 2001).




=
k μ μα (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.
Gövde Borulu Is Deitirici çin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneysel ncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
47
( ) 8.05.0
= (22)
Burada G kütlesel ak olarak tanmlanr ve hzla younluun çarpmndan bulunur. Soutucu
akkan tarafnda yani boru içerisinden ak hz aadaki ekilde bulunur.
4
= (23)
kinci olarak Gungor ve Winterton’un önerdii ve Boissieux vd. tarafndan kullanlan bant
dikkate alnmtr (Gungör ve Winterton, 1987 ve Boissieux vd., 2000).
Fr x
xBo br
sr srr
αα (24)
Üçüncü olarak Smith, vd.(1992)’in önerdii ve Bansal ve Purkayastha (1998) tarafndan
kullanlan bant dikkate alnmtr. Bansal ve Purkayastha (1998) bantlarnda
kullandklar sv haldeki yani kaynamann olmad s tanm katsaysn Dittus ve Boelter
tipi denklemle aadaki ekilde belirlemilerdir.
( )[ ] h
SDU International Journal of Technologic Sciences
48
Gövde tarafndaki hesaplamada ise faz deiimi olmad için klasik formüller kullanlabilir.
Gövde tarafndaki hz,
eklinde hesaplanr. Hz bulunduktan sonra soutucu akkan tarafnda verilen formülle
Reynolds ve Prandtl says hesaplanarak buradan Nusselt says bir gövdeli iki geçili gövde -
borulu s deitirici için aadaki bantyla hesaplanr.
4.08.0 PrRe023.0=Nu (27)
Nusselt says hesaplandktan sonra bu sayya ait dier bir tanmlamadan yararlanarak gövde
tarafndaki s tanm katsays aadaki ekilde elde edilir.
h
Gövde ve boru tarafndaki s tanm katsaylar yukardaki verilen bantlar ile hesaplanr.
Is deitiricinin belli bir çalma periyodundan sonra s transfer yüzeyleri üzerine akkanlar
içinde bulunabilen parçacklar, metal tuzlar veya çeitli kimyasal elemanlar birikebilir. Bazen
de korozif etkiler nedeniyle, bu yüzeyler üzerinde bir oksidasyon tabakas oluabilir. Is
deitirici yüzeyinde snn geçiine direnç oluturan bu deerler Rf kirlilik faktörü olarak
tanmlanr. Bu çalmada kirlilik faktörü soutucu akkan gaz için 4x10-4 m2°C/W eklinde
seçilmitir (Genceli, 2005). Toplam s transfer katsays UA, iletim direnci ihmal edilerek,
deneysel sonuçlarla karlatrabilmek için aadaki ekilde tekrar elde edilir (Kurem, 1997;
Aprea vd., 2000).
++= (29)
Gövde Borulu Is Deitirici çin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneysel ncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
49
tutularak, sadece faz deiimi esnasnda ortaya çkan toplam s transfer katsaysnn
belirlenmesi amaçlanmtr. Bu amaçla, evaporatör basncnn arttrlmasyla evaporatör
içerisinden geçen soutucu akkann debisi artt için gövde tarafndan geçen suyun debisi
de arttrlmtr. Soutma suyu debisinin fazla olmas kzgnl arttrrken, düük kalmas ise
soutucu akkann bir ksmnn buharlamadan çkmasna sebep olmaktadr. Evaporatör
basncnn artmasyla toplam s transfer katsays art gösterirken, evaporatör basnc sabit
tutularak yaplan deneylerde soutma suyu scakl artarken toplam s transfer katsays
dümektedir (ekil 3 ve 4). Toplam s transfer katsaysnn dümesi, soutma suyu debisinin
soutma suyu scakl arttkça düürülmesine baldr. Soutma suyu debisinin düürülmesi
ise evaporatör çknda kzgnlk bölgesine geçmemek içindir. Ayrca ekil 3 ve 4’de toplam
s transfer katsaysnn ve soutma suyu hznn deiimi soutma suyu scaklnn ve
evaporatör basncnn fonksiyonu olarak verilmitir.
ekil 3. Toplam s transfer katsaysnn, evaporatör basnc ve soutma suyu scaklnn
fonksiyonu olarak gösterilimi
SDU International Journal of Technologic Sciences
50
ekil 4. Gövde tarafndan geçen soutma suyu hznn, evaporatör basnc ve soutma suyu
scaklnn fonksiyonu olarak gösterilimi
D en
ey se
ekil 5. Deneysel sonuçlarla elde edilen buharlama esnasndaki toplam s transfer
katsaysnn literatürdeki modellerle (bantlarla) karlatrlmas
So u
tm a
su yu
Soutma suyu scakl (°C) Evaporatör basnc (bar)
Gövde Borulu Is Deitirici çin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneysel ncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
51
verilmitir. Bu grafik, ayn artlar altnda deneysel sonuçlar ile teorik bantlar arasnda fark
olduunu göstermektedir. Grafikte 45° derece açyla çizilen çizgi deneysel sonuçlarn tam
karln ifade ederken, dier noktalar ise deneysel sonuçlardan sapmalar ifade etmektedir.
Çizginin altnda kalan noktalar tahminlerin altnda elde edilen deerleri, üstünde kalanlar ise
tahminlerin üzerinde deerler elde edildiini ifade etmektedir. Düük evaporatör
basnçlarnda sapma %40’lar civarndayken basnç yükseltildikçe sapma daha az
deerlerdedir.
Bu çalmann sonunda, gövde - borulu s deitirici için ampirik bir bant gelitirilmitir.
Bu bant deneysel verilerden yola çklarak elde edilmitir. Bu bantda toplam s transfer
katsays evaporatör basnc, soutma suyu giri - çk scakl, soutma suyu debisi,
alternatif soutucu akkan R404A’nn debisi ve soutma suyunun gövde tarafndaki hznn
deiimleri dikkate alnarak gelitirilmitir. Deneysel veriler, DataFit paket programnda
deerlendirilerek regresyon analizi yaplmtr. Regresyon deeri deneysel çalma sonucunda
bulunan deerlerle analiz sonucu bulunan ampirik bantdan bulunan sonuçlarn birbirine
uygunluunu ifade eder. Regresyon sonucu çkabilecek en iyi deer 1’dir. Ancak deneysel
hatalar, yaplan baz kabuller veya ihmaller neticesinde bu deerin 1’den daha küçük bir deer
çkmas beklenir. Bu analiz sonucunda toplam s transfer katsays için elde edilen ifade
aadaki ekildedir.
Burada Pev evaporatör basncn (bar), Tsu,g soutma suyunun giri scakln (°C), Tsu,c
soutma suyunun çk scakln (°C), rm• soutucu akkan debisini (kg/s), sm• soutma
suyu debisini (kg/s) ve Vs gövde tarafndan geçen soutma suyunun hzn (m/s) ifade
etmektedir. Denklem 30’da elde edilen bantnn katsaylar çizelge 5.1’de verilmitir.
Çizelge 5.1. Ampirik bantnn katsaylar
a 0.102322502024857 b 1.0013138114151*10-4
c 1.00493278747802*10-3 d -6.52045965856114 e 3.57277475715842
Ahmet KABUL, Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT
SDU International Journal of Technologic Sciences
52
DataFit paket program kullanlarak türetilen ampirik bantyla sras ile farkl evaporatör
basnçlarndaki deerler yerine yazlarak toplam s transfer katsays tekrar elde edilmitir.
4. KAYNAKLAR Aprea, C., De Rossi, F., Greco, A., 2000. Experimental evaluation of R22 and R407C
evaporative heat transfer coefficients in a vapour compression plant. International Journal 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 Dünyada ve Türkiye’de gelimeler. Mühendis ve Makine, 39 (458), 15 - 26.
Boissieux, X., Heikal, M.R., Johns, R.A., 2000. Two-phase heat transfer coefficients of three HFC refrigerants inside a horizontal smooth tube, part I: evaporation. International Journal of Refrigeration, 23, 269 - 283.
Chen, J.C., 1966. A correlation for boiling heat transfer to saturated fluids in convective flow. Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Dev., 5, 322 - 329.
Chen, C.H., 2001. Experimental of flow boiling and evaporation heat transfer of R-410A and bubble characteristics in horizontal annular duct. MS. thesis, National Chaio Tung university, 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 smooth horizontal tube. Part I: Experimental investigations. Experimental Thermal and Fluid Science, 29 (2), 189 - 198.
Greco, A., Vanoli, G. P., 2005b. Flow boiling heat transfer with HFC mixtures in a smooth horizontal tube. Part II: Assessment of predictive methods. Experimental Thermal and Fluid Science, 29 (2), 199 - 208.
Greco, A., Vanoli, G. P., 2005c. Flow-boiling of R22, R134a, R507, R404A and R410A inside 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 and annuli. 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 Mass Transfer, 50, 1442-1454.
Incropera, P.F., DeWitt, D.P., 1990. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. John Wiley & Sons, 919p. New York.
Gövde Borulu Is Deitirici çin Is Taransfer Katsaysnn Teorik ve Deneysel ncelenmesi
Vol. 3, No 2, February 2011
53
Incropera, P.F., DeWitt, D.P., 2004. Is ve Kütle Geçiinin Temelleri. Literatür Yaynclk, 960s. stanbul.
Kandlikar, S.G., 1990. A general correlation for saturated two-phase flow boiling heat transfer inside horizontal and vertical tubes. ASME J. Heat Transfer 112, 219-228.
Kurem, E., 1997. Hava Soutucu Kanatl Borulu Evaporatörün Teorik ve Deneysel Olarak ncelenmesi. Uluda Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 121s, Bursa.
Li, H., Kottke, V., 1998. Visualization and determination of local heat transfer coefficients in shell-and-tube heat exchangers for staggered tube arrangement by mass transfer measurements. 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 aand tube heat exchanger with disc nad doughnut baffless. International Journal of Heat and Mass Transfer, 42, 3509 - 3521.
Liu, Z., Winterton, R.H.S., 1991. A general correlation for saturated and subcooled flow boiling 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 sisteminin performansna ve sistem elemanlarnn kapasitelerine etkilerinin analizi. Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek lisans tezi, 127s, Ankara.
Rohsenow, W.M., Hartnett, J.P., 1973. Handbook of Heat Transfer. McGraw-Hill Book Company, 1502p. New York.
Smith, M.K., Wattelet, J. P., ve Newell, T.A., 1992. A Study of evaporation heat transfer coefficient correlations at low heat and mass fluxes for pure refrigerants and refrigerant 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 plant’s shell- and-tube evaporator. Applied Energy, 83 (3), 239 - 252.
Ahmet KABUL, Önder KIZILKAN, Ali Kemal YAKUT
SDU International Journal of Technologic Sciences
54
SEMBOLLER