Eksenel dönme üreteçlerinin değişik tip ve konumları için azalan dönmeli akışta ısı geçişi, basınç düşümü ve performans incelemeleri
Investigation of heat transfer, pressure drop and performance in decaying swirl flow for different types and statements of axial swirl promoters
Yazar: BETÜL AYHAN  SARAÇ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. TÜLİN BALİ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2004
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada; dairesel kesitli boru içerisinde farklı konumlara yerleştirilen, 15 ° 30 °, 45 ° ve 60° helisel kanat açılı dönme üreteçleri ile oluşturulan türbülansh dönmeli akışta, sabit yüzey sıcaklığında, ısı geçişi ve basınç düşümü deneysel olarak incelenmiştir. Akışa boru boyunca dönme vermek yerine, dönme etkisinin azaldığı konumlara yeniden dönme üreteci yerleştirilerek akış alanında yenilenen periyodik veya periyodik olmayan bir sönümlenme hareketi oluşturularak 7 ayrı konumda, dört değişik kanat açısında ve iki farklı kanat sayısında, 3500-35000 Reynolds sayısı aralığında 56 tip ısı geçiş ve basınç düşümü deneyi yapılmıştır. Çalışmada üç ayrı deney düzeneği imal edilmiş; bu deney düzeneklerinde sırasıyla, ısı geçişi ve basınç düşümü deneyleri, akış gözleme deneyleri ve şekil direnci deneyleri yapılmıştır. Akış gözleme deneylerinde dönme üreteçleri arkasında oluşan akış alam gözlenmiş, akışın sönümlenen dönmeli akış olduğu ve dönme üreteci kanat açısı azaldıkça dönme periyodunun azaldığı elde edilmiştir. Şekil direnci deneylerinde ise dönme üretecinin yerleştirildiği bölgede basınç ölçümleri alınarak dönme üreteçlerinin direnç katsayıları belirlenmiştir. Ayrıca ekserji analizi yardımıyla etkin dönmeli akış üreteci tipleri ve konumları belirlenmiştir. Kanat açısı ısı geçişi ve basınç düşümünü etkileyen en önemli parametredir. Deney tiplerine göre Nusselt sayısında ortalama %10 s- %100 ve sürtünme faktöründe ise ortalama 2 s- 49 kat artış elde edilmiştir. En etkin dönme üreteci konumu dönme üretecinin boru ortasına yerleştirildiği C tipi, en etkin kanat açılarının da 30 "' den küçük kanat açılan olduğu belirlenmiştir. Dönmeli akış alanında ısı taşınım katsayısı ve sürtünme faktörü için deneysel verilere dayalı bir matematiksel model geliştirilmiş ve eşitlikler türetilmiştir. Deneysel sonuçlarla matematiksel model uyumunun ısı geçişi sonuçlarında % 90 s-% 99, sürtünme faktöründe %86 +%97 olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Azalan Türbülansh Dönmeli Akış, Eksenel Dönme Üreteci, Isı Geçişinin iyileştirilmesi, Ekserji Analizi

Abstract:
Investigation of Heat Transfer, Pressure Drop and Performance in Decaying Swirl Flow for Different Types and Statements of Axial Swirl Promoters In this study, heat transfer and pressure drop for turbulent swirl flow generated by swirl generators with 15° 30° 45° and 60 ° helical wing angles which were placed at different positions in a pipe with circular cross section and constant wall temperature were experimented. Instead of producing a circulating flow throughout the pipe, swirl generators were placed at position where the swirl effect decrease to obtain a periodic or nonperiodic swirl motion. 56 experiments measuring heat transfer and pressure drops were carried out by placing the swirl generators at 7 different positions, 4 different wing angles and 2 different wing numbers and Reynolds numbers between 3500 and 35000. In this study 3 different experimental setups were manufactured. In these experimental setups, the experiments of heat transfer and pressure drop, the flow observation experiments and the form resistance experiments were made. In the flow observation experiments, the flow area behind the swirl generator is observed and it was seen that the flow is a decaying swirl flow and that the swirl period decreases when the wing angle of the swirl generator decreases. In the experiments of form resistance, the form resistance coefficients of the swirl generators were determined by obtaining pressure measurements from the section where the swirl generator is placed. Moreover, the types and positions of effective swirl flow generator were determined by means of an exergy analysis. Wing angle islhemost significant parameter which effects heat transfer and pressure drop. An average increase of % 10 to % 100 in Nusselt number and an average increase of 2 to 49 times for the friction factor were obtained depending on the experiment type. It was determined that the most effective position of the swirl generator is the centre of the pipe and that the most effective wing angles are those which are lower than 30 °. At the swirl flow area, heat transfer coefficent and friction factor were mathematically modelled and expressions were derived. The harmony between the experimental results and the mathematical model is % 92 to % 99 for heat transfer results and % 86 to % 97 for the friction factor. Key Words : Decaying Turbulent Swirl Flow, Axial Swirl Generator, Augmentation of Heat Transfer, Exergy Analysis VI