Farklı kanal geometrisine sahip ısı değiştiricilerde ısıl performansın incelenmesi
Investigation of thermal performance of heat exchangers with different channel geometries
Yazar: SELÇUK KARAGÖZ
Danışman: PROF. DR. İSMAİL TEKE
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Isı, kütle ve momentum aktarım proseslerinin, pratikte birçok uygulama alanı vardır. Geçenyüzyılda, hem bilimsel arastırmalarda hem de endüstriyel proseslerdeki pratik uygulamalarda,ısı ve kütle aktarımını arttırma ve iyilestirme önemli bir ilgi alanı olmus ve bir çok ısı ve kütleaktarımını iyilestirme tekniği gelistirilmistir. Son yıllardaki eğilim, genel olarak proseslerdeboyut küçültmeye, hızı ve performansı artırmaya yöneliktir. Madde ve enerji tasarrufununyanı sıra performansı arttırmaya yönelik olan bu yaklasım, beraberinde daha yüksek ısı vekütle akıları gerektirmektedir. Örneğin küçük boyutlu ve yüksek performanslı elektronikparçalardan büyük miktarlarda ısıyı belirli bir hızda uzaklastırmak gerekmektedir. Yüksek ısıakılarında çalısmak için de özel ve yüksek performanslı soğutma tekniklerine ihtiyaç vardır.Teknolojik gelismelerle birlikte daha yüksek performanslı küçük boyutta cihazların yapımıgittikçe önem kazanmıstır, bu da mikro ölçekli ve hatta nano ölçekli sistemlere olan ilgiyiönemli derecede arttırmıstırDar kesitli kanallarda, iki fazlı akıs özelliklerinin, konvansiyonel kanallardan farklı olduğubilinmektedir. Bu farklılıktan dolayı dar kesitli kanallarda buharlasma ve yoğusmaolaylarındaki ısı transferi ve basınç düsümü üzerine arastırmalar devam etmektedir. Ancak ikifazlı akısların teorik çözümlemeleri, basitlestirilmis matematiksel modeller kullanılarakyapılabildiğinden, yaklasık çözümler sunmaktadırlar. Bu bakımdan dar kesitli kanallarda, ikifazlı akıs çözümlemeleri yapılırken, deneysel çalısmalara basvurulması kaçınılmazdır.Literatürde yer alan deneysel çalısmalar, ideal durumlar için, kısa kanal boylarında ve sınırlısayıdaki akıs kosulları için yapılmıstır. Bu deneysel çalısmalarda, soğutma sistemindebulunan kompresör tarafından sisteme aktarılan yağın, buharlastırıcı performanslarıüzerindeki etkisi gözardı edilmistir. Bu da gerçek hayattaki mühendislik uygulamalarındakullanılan ısı değistirici performanslarının, mevcut deneysel çalısma sonuçlarıylauyusmayacağını gösterir. Bu durumda hazırlanan bir ısı değistiricinin ısıl performansınınbelirlenmesi için deneysel çalısma gerçeklestirilmesi gerekmektedir.Tez çalısması altı ana bölümden olusmaktadır. Birinci bölümde çalısmaya baslama nedenlerive ulasılmak istenen sonuçlar genel olarak açıklanarak konuya giris yapılmıstır.?kinci bölümde konvansiyonel, mini ve mikrokanallarda iki fazlı akıs kaynaması ve iki fazlıbasınç düsüsü hakkında kitap ve makalelerin incelendiği kaynak arastırmasına yer verilmistir.Üçüncü bölümde, deney düzeneğinin kurulumu, ölçüm ve sistem elemanları, kullanılansoğutucu akıskanlar hakkında bilgiler ile farklı kanal geometrilerine sahip buharlastırıcılarınısıl performans ve basınç düsüsü karakteristiklerinin belirlendiği deney sonuçları verilmistir.Dördüncü bölümde minikanal ve borulu buharlastırıcılarla gerçeklestirilen deneylerkarsılastırmalı olarak analiz edilmis, besinci bölümde Buckhingam-? teoremi kullanılarakUA değerleri için model olusturulması anlatılmıs ve son olarak altıncı bölümde sonuç veöneriler kısmına yer verilmistir.

Abstract:
Heat, mass and momentum transfer processes play important roles in practical applications. Inscientific researches and also in practical applications of industrial processes, enhancing heatand mass transfer became an important interest field. Hence some heat and mass transferenhancement techniques were developed in the last century. Presently, the general trends inprocesses are size reduction and performance improvement. This approach that aims atimproving heat exchanging performance additionally to material and energy conversation,requires high heat and mass fluxes. Taking the large quantity of heat out of small sized andhigh performance electronics could be an example for this situation. Operating with high heatfluxes need special and high performance cooling systems. The existence of small sized andhigh performance devices is still increasing the concern for micro and nano scaled systems.This is a well-known situation that two-phase flow boiling properties in small cross-sectionalchannels differ with properties in conventional channels. As a result of this difference, theresearches on boiling and condensation in small cross sectional channels are still carried outby the researchers. However the theoretical analysis of two-phase flow can only be done byusing simplified mathematical modeling that presents approximate solutions. Thereforeexperimental study becomes necessary for the two-phase flow analysis in small crosssectional channels.The current experimental studies carried out with short channel lengths in ideal conditions andlimited flow regimes can be seen in the literature review. Additionally in these experimentalstudies, the effect of lubricant that reaches the system from the compressor on evaporatorperformance are not considered. Thus, in practical engineering applications the designed heatexchanger performance can not be compared with the current experimental literature studyresults. Therefore, there has to be an experimental study in a heat exchanger designing period.The present master thesis is composed of six major parts. In the introduction section, thereasons for initiating this study, as well as the goal of the work are presented. Second sectioninvolves the literature review about two-phase pressure drop and flow boiling in theconventional, mini and microchannels.The third part is devoted to the experimental work carried out. In this connection, stages in thepreparation of the experimental setup, its components, the methods of analyses werediscussed.The fourth part is concerned with the evaluation of experimental data obtained. The testresults of evaporators were analyzed comparatively. Thus, heat transfer and pressure dropcharacteristics of the evaporators were acquired.The fifth part of this work involves the mathematical models related to the prediction of theUA values of evaporators using Buckhingam-? theorem. The sixth and the last part containsthe results and recommendations of the present master thesis.