Hava hızı, sıcaklığı ve neminin yoğuşma olayına etkisinin farklı soğutucu akışkanlar için deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effect of air velocity, temperature and humidity on condensation for different refrigerants
Yazar: HAYATİ TÖRE
Danışman: PROF. DR. ALİ KILIÇARSLAN
Hitit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Film yoğuşma = Film condensation ; Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Termal kamera = Thermal camera ; Termodinamik analiz = Thermodynamic analysis

Özet:
Bu tez çalışmasında, termodinamik analiz, termal kamera görüntüleme ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analiz yöntemleri kullanılarak, yoğuşturucu dış tarafından geçen havanın farklı hızları, sıcaklıkları ve bağıl nem değerlerinin, içerisinden R134a, R1234yf, R507a ve R32 gibi güncel soğutucu akışkanların geçtiği, kanatçıklı borulu bir yoğuşturucuda meydana gelen yoğuşma olayı üzerindeki etkileri araştırılmıştır.
Yoğuşturucu yüzeyindeki sıcaklık görüntülerini elde etmek amacıyla termal kamera izleme yöntemi kullanılmıştır. Ayrıca, bilgisayar ortamında üç boyutlu geometrisi oluşturulmuş yoğuşturucunun içerisindeki ve dış tarafındaki sıcaklık ve akış dağılımları sürekli rejim şartlarında HAD analizi yapılarak çözümlenmiştir.
Tez çalışmasından elde edilen sonuçlara göre; termodinamik analiz ve HAD analizinden elde edilen sonuçlar arasındaki en yüksek sapma miktarının bağıl nem deneyi için %17.34 ile R134a akışkanı için soğutucu akışkan tarafı ortalama taşınım ısı transfer katsayısında olduğu tespit edilmiş, ayrıca, termal kamera izleme yönteminden elde edilen sıcaklık görüntüleri ve HAD analizinden elde edilen konturlerin de iyi bir uyum içerisinde olduğu görülmüştür. 
Kullanılan soğutucu akışkanlar için, hava hızının ortalama olarak %85 oranında artmasıyla birlikte, ortalama olarak, yoğuşturucu kapasitesinin %10.31 ve soğutucu akışkan tarafı taşınım ısı transfer katsayısının %7.41 oranında arttığı, aynı zamanda kuruluk derecesinin ise %32.56 oranında azalarak, yoğuşma olayının giderek iyileştiği tespit edilmiştir. Hava sıcaklığının %43.75 oranında artmasıyla, yoğuşturucu kapasitesi ve soğutucu akışkan taşınım ısı transfer katsayısında ortalama olarak sırasıyla, %15.06 ve %8.23 azalma olduğu, kuruluk derecesinde ise %17.08'lik artma olduğu tespit edilerek, yoğuşma olayının olumsuz yönde etkilendiği belirlenmiştir. Ayrıca, bağıl nemin %108.33 oranında artması sonucunda, yoğuşturucu kapasitesi ve soğutucu akışkan tarafı taşınım ısı transfer katsayısında ortalama olarak sırasıyla, %11.69 ve %7.08 azalma olduğu, kuruluk derecesinde ise %21.68'lik artma olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, it was investigated that the effects of different velocities, temperatures and relative humidities of the air passing through the outside surface of the condenser on the condensation phenomena occurring in a finned tube condenser inside which the refrigerants including R134a, R1234yf, R507a and R32 flow by means of the thermodynamic analysis, thermal camera monitoring and computational fluid dynamics (CFD) analysis methods.
Thermal camera monitoring method was used to obtain temperature images on the condenser surface. In addition, the temperature and flow distributions inside and outside the condenser, whose three-dimensional geometry was created in the computer environment, were analyzed by CFD analysis under steady-state conditions.
According to the results obtained from the thesis study, the highest deviation between the results obtained from thermodynamic analysis and CFD analysis was found to be in the refrigerant side convection heat transfer coefficient of R134a with 17.34% for the relative humidity experiment, and it was also observed that the temperature images obtained from the thermal camera monitoring method and the contours obtained from CFD analysis were in good agreement.
For the refrigerants used, it was found that with an average increase of 85% in air velocity, the condenser capacity increased by 10.31% and the refrigerant side convection heat transfer coefficient increased by 7.41%, while the degree of vapor quality decreased by 32.56% and the condensation phenomena gradually improved. With an increase of 43.75% in air temperature, the condenser capacity and refrigerant side convection heat transfer coefficient decreased by 15.06% and 8.23%, respectively, and the vapor quality increased by 17.08%, negatively affecting the condensation phenomena. In addition, as a result of 108.33% increase in relative humidity, it was determined that there was an average decrease of 11.69% and 7.08% in condenser capacity and refrigerant side concective heat transfer coefficient, respectively, and an increase of 21.68% in the vapor quality.