Karşıt akışlı Ranque-Hilsch vorteks tüpün performansının incelenmesi
Investigation of the performance of a counterflow Ranque-Hilsch vortex tube
Yazar: KEVSER DİNÇER
Danışman: PROF. DR. ŞENOL BAŞKAYA ; PROF. DR. BEKİR ZÜHTÜ UYSA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2005
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu araştırmada, değişik geometrik yapılardaki karşıt akışlı Ranque-Hilschvorteks tüpü üzerinde teorik ve deneysel çalışmalar yapılmıştır. Analitikçalışmada, vorteks tüplere termodinamiğin 1. yasası ve 2. yasası uygulanmıştır.Termodinamiğin 2. yasasından yararlanılarak sıcak ve soğuk çıkış akımlarınınsıcaklıklarının, giriş basıncından nasıl etkilendiğine dair teorik ifadelergeliştirilmiştir. Ayrıca deneysel verilerden yararlanılarak yapılan ekserji analiziile de sistemdeki kayıp iş ve verim hesaplanmıştır. Problemin çözümü içinnümerik bir çalışma, PHOENICS paket programı kullanarak yapılmıştır.Problem PHOENICS'te, değişik başlıklar altında incelenmiştir. Deneyselçalışmalar yapılırken, iki farklı özellikte iki deneysel sistem hazırlanmıştır.Deneysel çalışmalarda ilk olarak vorteks tüplerin çalışırlığını test etmekamacıyla, her iki çıkıştan (sıcak ve soğuk çıkış) kütlesel akışı ayarlanabilir birvorteks tüp imal edilmiş ve bu sistemde, ön çalışma olarak nitelendirilebilendeneyler yapılmıştır. Bu sistemde, akım sıcak ve soğuk taraftan ayrı ayrıkontrol edilerek vorteks tüplerin performansı deneysel olarak incelenmiştir.Deneysel veriler kullanılarak yapılan hesaplamalar neticesinde akımın sıcakçıkış tarafından kontrol edildiğinde, vorteks tüplerin performanslarının dahayüksek olduğu tespit edilmiştir. Vorteks tüplerin performanslarını incelemekiiiiçin kurulan ikinci deneysel sistemde, bu gözlemden yararlanılmış ve akım sıcakçıkış tarafından kontrol edilmiştir. Sonra, karşıt akışlı vorteks tüplerinperformansını araştırmak amacıyla yapılan deneysel çalışmalarda, iç çapı 9 mmve uzunluğunun çapa oranı 10, 15 ve 18 olan Ranque-Hilsch vorteks tüplerüzerinde farklı özelliklerde, soğuk akımın girişteki akıma oranı olan Î¾'nındeğişik değerlerinde deneyler yapılarak en iyi performans gösteren vorteks tüpgeometrisi belirlenmiştir. Deneysel sonuçlar değerlendirildiğinde, 5 mmçapındaki hareketli vida ucundaki açının 30o veya 60o olması ve sıcak çıkışkonumunda bırakılması, vorteks tüp uzunluğunun çapa oranının 15 olması vehavanın 4 nozul ile vorteks tüpe gönderilmesi, akımın ise sıcak çıkış tarafındankontrol edilmesinin, daha etkin olduğu deneysel olarak görülmüştür. Uygulamaçalışmasında, en iyi performans gösteren vorteks tüp, etanol-su karışımınındamıtılmasında kullanılmıştır. Ayrıca vorteks tüpünde akışkan olarak hava, O2,CO2, ve N2 kullanılarak enerji ayrıştırma olayı farklı gazlarla incelenmiştir.Deneysel veriler kullanarak, vorteks tüpün performansı, bulanık mantıkmetoduyla da modellenmiştir.

Abstract:
Bu araştırma, değişik geometrik yapılardaki karşıt akışlı Ranque-Hilschvorteks tüpü üzerinde teorik ve deneysel olarak yapılmıştır. Analitik çalışmada,vorteks tüplere termodinamiğin 1. yasası ve 2. yasası uygulanmıştır.Termodinamiğin 2. yasasından yararlanılarak sıcak ve soğuk çıkış akımlarınınsıcaklıklarının, giriş basıncından nasıl etkilendiğine dair teorik ifadelergeliştirilmiştir. Ayrıca deneysel verilerden yararlanılarak yapılan ekserji analiziile de sistemdeki kayıp iş ve verim hesaplanmıştır. Problemin çözümü içinnümerik bir çalışma, PHOENICS paket programı kullanarak yapılmıştır.Problem PHOENICS?te, değişik başlıklar altında incelenmiştir. Deneyselçalışmalar yapılırken, iki farklı özellikte iki deneysel sistem hazırlanmıştır.Deneysel çalışmalarda ilk olarak vorteks tüplerin çalışırlığını test etmekamacıyla, her iki çıkıştan (sıcak ve soğuk çıkış) kütlesel akışı ayarlanabilir birvorteks tüp imal edilmiş ve bu sistemde, ön çalışma olarak nitelendirilebilendeneyler yapılmıştır. Bu sistemde, akım sıcak ve soğuk taraftan ayrı ayrıkontrol edilerek vorteks tüplerin performansı deneysel olarak incelenmiştir.Deneysel veriler kullanılarak yapılan hesaplamalar neticesinde akımın sıcakçıkış tarafından kontrol edildiğinde, vorteks tüplerin performanslarının dahayüksek olduğu tespit edilmiştir. Vorteks tüplerin performanslarını incelemekiviçin kurulan ikinci deneysel sistemde, bu gözlemden yararlanılmış ve akım sıcakçıkış tarafından kontrol edilmiştir. Sonra, karşıt akışlı vorteks tüplerinperformansını araştırmak amacıyla yapılan deneysel çalışmalarda, iç çapı 9 mmve uzunluğunun çapa oranı 10, 15 ve 18 olan Ranque-Hilsch vorteks tüplerüzerinde farklı özelliklerde, soğuk akımın girişteki akıma oranı olan Î¾?nındeğişik değerlerinde deneyler yapılarak en iyi performans gösteren vorteks tüpgeometrisi belirlenmiştir. Deneysel sonuçlar değerlendirildiğinde, 5 mmçapındaki hareketli vida ucundaki açının 30o veya 60o olması ve sıcak çıkışkonumunda bırakılması, vorteks tüp uzunluğunun çapa oranının 15 olması vehavanın 4 nozul ile vorteks tüpe gönderilmesi, akımın ise sıcak çıkış tarafındankontrol edilmesinin, daha etkin olduğu deneysel olarak görülmüştür. Uygulamaçalışmasında, en iyi performans gösteren vorteks tüp, etanol-su karışımınındamıtılmasında kullanılmıştır. Ayrıca vorteks tüpünde akışkan olarak hava, O2,CO2, ve N2 kullanılarak enerji ayrıştırma olayı farklı gazlarla incelenmiştir.Deneysel veriler kullanarak, vorteks tüpün performansı, bulanık mantıkmetoduyla da modellenmiştir.