Minikanal ısı değiştiricilerde kanat geometrilerinin taşınım katsayısı ve basınç düşüşüne etkisinin incelenmesi
Experimental investigation of the effect of fin geometry on heat convection coefficient and pressure drop for minichannel heat exchangers
Yazar: SELÇUK KARAGÖZ
Danışman: DOÇ. DR. ÖZDEN AĞRA ; DOÇ. DR. HAKAN DEMİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Minikanallı ısı değiştiricilerin; ısıtma, soğutma, iklimlendirme, beyaz eşya ve otomotiv sektörlerinde kullanımı son zamanlarda artmıştır. Bu tip ısı değiştiriciler, dairesel tip ısı değiştiricilere göre daha verimli, alan/hacim oranı daha yüksek ve düşük soğutkan şarjına imkân sağlamaktadırlar.  Minikanallı ısı değiştiricilerin, soğutma ve nem alma amacıyla buharlaştırıcı olarak kullanılmasında yüzeyde yoğuşan suyun oluşması ve oluşan suyun yüzeyden uzaklaştırılması optimum bir buharlaştırıcı tasarımıyla iyileştirilemez ise, ısıl ve hidrolik performans kayıpları yaşanmaktadır. 
Bu tez çalışması kapsamında, minikanallı buharlaştırıcılarda panjurlu ve panjursuz kanat halinde nem alma koşulları altında yoğuşma hızı, ısı transferi ve hava tarafı basınç düşüşü deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerde aynı boyutlarda farklı kanat yapılarına sahip dört buharlaştırıcı seçilerek; nem alma koşulları ve kuru koşullar altında panjurlu kanat geometrisinin ve kanat aralığının etkisi karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Deneyler 1,43 m/s ve 1,72 m/s hava hızında, 35oC ve 40oC buharlaştırıcı hava giriş sıcaklığında, %70, %80 ve %90 buharlaştırıcı hava giriş bağıl neminde, 25oC ve 28oC buharlaştırıcı sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Soğutucu akışkan olarak R134a kullanılmıştır. 

Deney sonuçları boyutsuz j ve f sürtünme katsayısı terimiyle ifade edilerek karşılaştırılmalı bir şekilde raporlanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, ısı transferi ve basınç düşüşü açısından kanat geometrisinin hava tarafı parametrelerine göre daha etkili olduğu görülmüştür. Islak şartlarda panjurlu kanat halinde j katsayısı, panjursuz kanat haline kıyasla daha yüksek, f katsayısına ise daha düşük hesaplanmıştır. Kuru şartlarda ise panjurlu kanat halinde j ve f katsayıları daha yüksek hesaplanmıştır. Deneysel parametrelerin yoğuşma hızına etkileri de deneysel olarak incelenmiş ve en etkili parametrenin hava sıcaklığı ve bağıl nem olduğu tespit edilmiştir.
Tez çalışması sonunda ısı-kütle benzeşimi kullanılarak yoğuşan su miktarı hesaplanmış ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır.Buna göre yoğuşan su miktarı ±%20 hassasiyetle hesaplanabilmektedir. Deney sonuçlarına göre nem alma koşulları altında yüksek yoğuşma hızı ve ısı transferine ulaşılması için yüksek bağıl nem, yüksek hava sıcaklığı, düşük buharlaşma sıcaklığı seçilmelidir. Bu koşullar altında yüzeyde yoğuşan suyun hava blokajına neden olmadan yüzeyden uzaklaşması için kanat yapısının panjurlu olması gerekmektedir. Kanat aralığı değeri çalışma koşullarına göre optimize edilmelidir.

Abstract:
The usage of minichannel heat exchangers in Cooling, Heating, Air Conditioning, White goods and Automative sectors is rapidly emerging in the last recent years. These type of heat exchangers enable more efficiency, more compactness and lower refrigerant charge amount compared with circular type heat exchangers. In the case of using as an evaporator both cooling and dehumidifying, the loss of hydrolic and thermal performance arises if the water drained on the surface of evaporator by optimum evaporation design is not achived. In this study, air side presurre drop under dehumidifiyng conditions with louver and unlouver fin type was experimentally investigated. Experiments were held with three evaporator has different fin type in same geometrical dimensions. Experiments for the effect of louver were performed under wet and dry conditions comperatively. Experiments were held on 1,43 m/s and 1,72 m/s air flow rate, 35oC and 40oC evaporator inlet air temperature, %70, %80 and %90 relative humidity, 25oC and 28oC evaporation temperature. The refrigerant was R134a. Experimental outcomes were reported with dimensionless f friction factor under dry and wet conditions. The results show that the fin geometrical parameters are more effective then air side parameters over heat transfer and pressure drop under dehumidifying conditions. The j factor is bigger for louver fin configuration compared to unlouvered fin configuration altough f factor is smaller under wet conditions. Both j and f factor are bigger for louvered fin configuration under dry conditions. Addition to these the effect of experimental parameters on condensation rate was investigated. The results show that the most effective parameter on condensation rate is air temperature and relative humidity of the inlet air. The condensation rate is calculated using heat and mass transfer analogy and compared with experimental results. According to the comparison data the the uncertainity is ±%20 for the condesation rate. 
Experimental results show that, to obtain maximum condensation flow rate and heat transfer under dehumidifiying conditions, higher relative humidity, higher air temperature and lower evaporation temperature must be chosen. Under these conditions to prevent air blokage that caused by condensed water on the heat transfer surface, the fin should be louvered and the fin pitch should be optimized related to working conditions.