Soğutma sistemi kılcal boru emiş hattı ısı değiştiricisinin sayısal ve deneysel modellenmesi
A refrigeration system capillary tube suction line heat exchangers numerical and experimental analysis
Yazar: ESRA ÜNVER
Danışman: YRD. DOÇ. DR. İ. YALÇIN URALCAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Emiş hattı- ısı değiştiricisi çifti veya diğer adıyla adyabatik olmayan kılcal boru, sistem performansını yükseltmek amacıyla buhar sıkıştırmalı soğutma istemlerinde geniş çapta kullanılmaktadır. İç çapı 100 ~800 mikron civarında çeşitlilik gösteren kısılma cihazı olarak kullanılan kılcal boruyu kompresörün emiş hattı içine yerleştirerek yoğuşturucudan gelen kısılmış sıcak sıvının buharlaştırıcıdan emilen soğuk buhar tarafından soğutulması sağlanmaktadır. Sunulan tezde emiş hattı-ısı değiştiricisi çiftinin ısı geçişi ve basınç düşümü karakterleri sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir.Deneyler süresince tipik çalışma şartlarında ev tipi buzdolabının, soğutucu akışkan olarak R-134a seçilerek soğutma sistemi incelenmiştir. Emiş hattı ısı değiştiricisi eşmerkezli düz akımlı olarak düzenlenmiştir. Sistemde buzdolabı soğutma çevrimi kritik noktaları üzerinde, kılcal boru ve emiş hattı giriş çıkışında basınç ve sıcaklık ölçümleri yapılmıştır. Ayrıca ısı değiştiricisi üzerinde eşit aralıklarla sıcaklık ölçüm noktaları oluşturulmuştur.Sayısal modelleme yarı ampirik, bir boyutlu modelin sonlu farklar metodu ile düzenlenmesi ile gerçekleştirilmiştir. Model kaynaklarda mevcut olan ampirik sürtünme katsayısı ve Nusselt sayısı bağıntılarını kullanarak basınç kaybı ve ısı geçişi hesaplamaları üzerine kurulmuştur. Kılcal boru girişi ve emiş hattı çıkışındaki şartlar deneysel verilerden alınarak kılcal boru çıkışı ve ısı değiştirici girişi için basınç ve sıcaklık değeri saptanmıştır. Emiş hattı boyunca sıcaklık, entalpi ve kuruluk derecesi dağılımları sayısal model ile hesaplanmıştır. Isı değiştiricinin diğer ucundaki şartlar için hesaplanan değerler deneysel verilerle karşılaştırılarak modelin doğrulaması yapılmıştır.

Abstract:
Suction line heat exchangers or non-adiabatic capillary tubes have been widely used in vapor compression refrigeration systems, to increase the system performance. Inside diameter of the capillary tube varied in the range of 100 to 800 microns. The capillary tube expansion device is inserted into the suction line of the compressor, thus enabling the expanding hot liquid from the condenser to be cooled by the cold suction vapor from the evaporator. In this study, heat transfer and pressure drop characteristics of a suction line heat exchanger have been investigated experimentally and numerically.The refrigeration system of the experimental study utilized R-134a as the refrigerant and typical operating conditions for domestic refrigerators were maintained during the experiments. The suction line HX was arranged as a concentric tube counter flow heat exchanger. On critical points of refrigerator cycle also inlet and outlet of capillary tube and suction line, temperatures and pressures were measured.Numerical analysis was performed by a semi-empirical one-dimensional model employing a finite-difference scheme. Model was based on calculation of pressure drop and heat transfer including empirical dimensionless pressure coefficient and Nusselt number which were reported in literature. the capillary inlet and heat exchanger outlet condition were taken from experimental results. Then heat transfer across the tube wall and pressure drop through the tube were calculated to find the capillary outlet and heat exchanger inlet. Finally through the length of heat exchanger temperature, pressure and enthalpy distribution were determined and compared with the experimental results to validate the numerical model.