Soğutma sistemlerinde kullanılan kılcal borulardaki akışın incelenmesi
Investigation of flow inside the capillary tubes used in refrigeration systems
Yazar: KUTAY ÖRGÜNAL
Danışman: DOÇ. DR. ŞEVKET ÖZGÜR ATAYILMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Dünyadaki artan enerji ihtiyacı ve mevcut fosil yakıt rezervlerinin azalması, araştırmacıların enerji ekonomisi ile ilgili çalışmalara yoğunlaşmasına sebep olmuştur. CECED?in evsel buzdolabı üreticileri için belirlemiş olduğu enerji indeksi değerini her yıl düşürmesi de araştırmacıların enerji ekonomisiyle ilgili çalışmalara yönlendiren sebeplere örnektir.
Diğer yandan, soğutma sistemlerinde kullanılan soğutkanların ozon tabakasına ve çevreye verdikleri zararların etkileri yeni yeni ortaya çıkmakta ve geniş çevrelerce tartışılmaktadır. 1989 yılında yürürlüğe giren Montreal Protokolü kapsamında da klor içeren halojenleştirilmiş hidrokarbonlar(CFC) ve hidrojen içeren halojenleştirilmemiş hidrokarbonlar(HFC) kademeli olarak terk edilerek hidrokarbon (HC) yapılı soğutkanlara geçilmiştir. Bu kapsamda, günümüzde üreticiler R11, R12, R22 vb. gibi eskiden sıkça kullanılan soğutkanlarla çalışan sistemlerin üretimlerini durdurmuşlar ya da azaltmışlar ve R600a, R744 (CO2) vb. çevreye etkisi çok daha düşük alternatif soğutkanlar kullanmaya başlamışlardır.
Alternatif soğutkanlara geçiş sürecinde, soğutma çevrimini oluşturan sistem bileşenlerinin yeniden boyutlandırılması ve istenilen mekanik, ısıl özelliklerin elde edilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, soğutma sistemlerinde kısılma elemanı olarak çalışan kılcal borunun, (adyabatik) R600a soğutkanı kullanan sistemlerdeki akış karakteristiklerinin incelenmesi ve akışın görsellenerek akım tiplerinin belirlenmesi amaçlanmaktadır. 
Çalışma kapsamında, öncelikle kapsamlı bir literatür araştırması yapılmıştır. Ardından, 
R600a alternatif soğutucu akışkanının, adyabatik kılcal boru içerisindeki davranışının belirlenmesine yönelik deneylerinin yapılması amacıyla farklı çevrim şartları altında, kararlı halde, farklı fiziksel özelliklerde kılcal boruların akış karakteristiklerinin deneysel olarak tespitine ve görsellenmesine olanak sağlayacak yeterlilikte bir deney düzeneği tasarlanmış ve kurulmuştur.

Deneyler sırasında, soğutma çevriminin temel parametrelerinden olan yoğuşma sıcaklığı ve ara soğutma sıcaklığı ile boyutsal parametrelerden biri olan kılcal boru uzunluğunun, kılcal boru boyunca basınç düşümüne ve kütlesel debiye etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Kılcal boru içerisinde, tek fazlı akıştan iki fazlı geçiş için gerekli olan ilave kızgınlık değerinin (underpressure of vaporization) belirlemesine yönelik deneyler yapılmıştır. 

Kılcal boru içerisindeki iki fazlı akışın termodinamik özelliklerinin belirlenmesi ve akışın görsellenmesinin yanı sıra, oluşup çöken kabarcıkların titreşim ve akustik açıdan etkilerinin de incelenmesi amacıyla Arçelik A.Ş Titreşim ve Akustik Ailesi ile ortak çalışma yapılmıştır.

Abstract:
Increasing energy demand and the decrease of existing fossil fuel reserves, has led to  worldwide research that concentrates on efforts relevant to energy economics. The reduction of the energy index every year for household refrigerator manufacturers, which is determined by CECED, has also played a part in  convincing researchers to work on energy economy.
A related aspect is the damage to the ozone layer and to the environment in general caused by refrigerants used in refrigeration.  Under the Montreal Protocol, which took effect in 1989, the chlorine-containing non-halogenated hydrocarbons (CFCs), and hydrogen-containing halogenated hydrocarbons (HFC) were gradually abandoned and hydrocarbon (HC) based refrigerants have been adopted in their place. In this context, nowadays, manufacturers halted or reduced production of systems using commonly used refrigerants like R11, R12, R22 and have begun to use alternative refrigerants like R600a(isobutane) and R744 (CO2) that have a much lower impact on the environment.
During the process of transition to alternative refrigerants, the resizing of the system components of refrigeration cycle that provide desired mechanical and thermal properties is important. 
The aim of this study is to investigate the flow characteristics and to visualize the  flow types through the adiabatic capillary tube which is used as a throttling device for cooling systems working with R600a.
Within this study, firstly, a comprehensive literature review has been conducted. Secondly , an experimental and visualization setup which is capable of providing different cycle parameters in steady-state condition, has been designed and built to determine the behaviour of alternative refrigerant R600a inside the adiabatic capillary tube with different dimensional properties. 
During the experiments, the effects of the main parameters of cooling cycle, condensation temperature, sub-cooling degree and dimensional parameters, the diameter and length of the capillary tube to pressure drop and mass flow rate along the capillary tube have all been investigated. 
Other experiments have been carried out to determine the additional pressure drop required for the bubble growth and transition from single-phase flow to two-phase flow (under pressure of vaporization) through capillary tube.
As well as the determination of the thermodynamic properties of two-phase flow and flow visualization in the capillary tube, in order to examine the effects of bubble collapse on flow induced vibration and acoustics, collaborative research has been made with Arçelik A.Ş. Vibration and Acoustics Division.