Çift borulu ısı değiştiricilerde iki boru arasından laminer rejimde akan pseudoplastik akışkanların ısı ve momentum aktarımının incelenmesi /
Yazar: SEMİH TEVFİK ENGEZ
Danışman: PROF.DR. COŞKUN ILICALI
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1995
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Akışkanlar = Fluids ; Isı değiştiriciler = Heat exchangers ; Laminer akış = Laminar flow

Özet:
ÖZET Gıdaların işlenmelerinin çeşitli aşamalarında pastörizasyon, sterilizasyon, soğutma ve konsantre etme gibi ısıl işlemler geniş çapta uygulanmaktadır. Akışkan gıdalara ısıl işlemler genellikle sürekli çalıştırılabilen ısı değiştiricilerinde uygulanmaktadır. Isı değiştirici boyunca gıdanın fiziksel ve ısıl özellikleri, özellikle kıvamlılığı değiştiğinden bu özelliklerin değişimine bağlı olarak ısı ve momentum aktarımı da değişmektedir. Bu çalışmada çift borulu ısı değiştiricilerinde iki boru arasında laminer rejimde akan pseudoplastik akışkanların ısı ve momentum aktarımını inceleyerek ısı değiştiricilerin boyutlandırılması için kullanılabilir bir korelasyon geliştirmek ve var olan yöntemleri sınamak amaçlanmıştır. Bunun için bir bilgisayar programı geliştirilmiş, programın basınç düşmesi öngörüleri Newton akışkanı olan su için doğrulandıktan sonra deneysel doğrulama yapmak üzere çift borulu ısı değiştiricisinde veriler alınmıştır. Denemelerde karbosimetilselüloz'un (CMC) % 1 ve % 2'lik sulu çözeltileri ve melas kullanılmıştır. Basınç düşmesi denemeleri değişik sıcaklıklara getirilen çözelitilerin çift borulu ısı değiştiricisinden geçirilmesi ile yapılmıştır. -4 Denemeler, Re sayısının 6.8*10 -3.2 değerleri arasında gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçları literatürlerden bulunan ve eşsıcaklıkta basınç düşmesini öngören denklemlerle karşılaştırılmıştır. Sayısal, Frederickson ve Bird (1958), Russel and Christiansen (1974) ve Hanks ve Larsen (1979) yöntemlerinin karşılaştırılmasında mutlak ortalama hatalar sırası ile % 13.5, 13.52, 13.79 ve 16.79 olarak bulunmuştur. Isıtma denemeleri aynı ısı değiştiricisinde, ısıtma ortamı olarak sıcak su kullanılarak Gz sayısının 0.28-21.74 değerleri arasında gerçekleştirilmiştir. Duvar sıcaklığının ısı değiştiricisi boyunca sabit olduğu varsayılarak program, değişik Gz sayıları için (0.2 8.16 a: 1-/c ıçın, Afc = 7.8(1 -k'Y" +1.477 1-* 0.205 1 1 Gz *ö 3 UJ 0.14 Sayısal çözüm ve denklem çözümlerinin deneysel sonuçlarla karşılaştırılması ile sayısal çözümün % 11.16, denklem ile yapılan çözümün % 14.1 ortalama mutlak hata vermiştir. Bu sonuçlardan, elde edilen denklemlerin pseudoplastik akışkanların halkasal boşlukta laminer rejimde akışında ısı aktarımı hesaplamalarında kullanılması mümkündür.

Abstract:
SUMMARY Thermal operations like pasteurisation, heating, cooling or concentrating are widely used in food processing plants. For fluid foods continuous heat exchangers are generally used for these applications. The thermophysical properties of foods especially the consistency coefficient are strongly affected by temperature changes. Therefore, heat and momentum transfer along the heat exchanger change depending on the change of the temperature of foodstuff. The aim of this study was to investigate the heat and momentum transfer to pseudoplastic fluids flowing in the annulus of a double-pipe heat exchanger in the laminar regime. The development of a correlation which may be used for the thermal design of double-pipe heat exchangers was attempted. The performance of the existing correlations was also tested. A computer program was developed. The predictions of this program for pressure drops were compared with the values for a Newtonian fluid (water). The experimental data were collected in the annulus of a double pipe heat exchanger. In the experiments aqueous solutions of carboxymethylcellulose (CMC) and molasses were used at different temperatures and mass flow rates. Re number range was 6.8*1 0"4 -3.2. The methods from the literature and numerical solutions were compared with experimental results. The absolute mean errors were found for numerical, Frederickson and Bird (1958), Russel and Christiansen (1974) and Hanks and Larsen (1979) methods as 13.5, 13.52, 13.79 and 16.79 %, respectively. The heating experiments were made in the same heat exchanger by using hot water as the heating medium. The inner wall temperature of the double-pipe heat exchanger was assumed to be constant along the heat exchanger. Gz number range was 0.28-21.74. The computer program was run for different Gz number (0.20 8.I6 AT 1-*- Afa =± 7.8(1 - k)3A +1.477 !-*? 0.205 Gz VÎ1 -^L- v£uJ 0.14 The numerical results and the predictions of the proposed correlation were compared with the experimental values. The mean absolute errors were found to be equal to 11.16 % and 14.1 % for the numerical and the proposed correlation, respectively. It has been concluded that the proposed correlation is useful for the calculations of laminar heat transfer in annulus for pseudoplastic fluids.