Soğutucularda kondenser performansının iyileştirilmesi
Improvement of condenser performance at cooling systems
Yazar: ŞEVKET ÖZGÜR ATAYILMAZ
Danışman: PROF. DR. İSMAİL TEKE
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu doktora tez çalısmasında, serbest tasınım sartlarında yatay borudan ısı geçisi deneysel vesayısal olarak, aynı borudan es zamanlı ısı ve kütle geçisi ise deneysel olarak incelenmistir.Tez çalısması sekiz ana bölümden olusmaktadır. Birinci bölümde çalısmaya baslamanedenleri ve ulasılmak istenen sonuçlar genel olarak açıklanarak konuya giris yapılmıstır.?kinci bölümde konu ile ilgili önceki arastırmacıların yayınları değerlendirilmistir. Üçüncübölümde tez konusu kapsamındaki temel kavramlara değinilerek kullanılan hesap yöntemiaçıklanmıstır. Hava su buharı karısımının ideal bir gaz karısımı olduğu ve boru etrafındakiakısı olusturan potansiyelin sıcaklık ve derisikliğe bağlı yoğunluk farkından meydana geldiğiesas alınarak bir hesap tablosu olusturulmustur.Dördüncü bölümdeki sayısal çalısmada; kütle geçisinin bulunmadığı serbest tasınımsartlarında ısı geçisi için çözüm yapılmıstır. Sayısal olarak elde edilen ısı geçis miktarları,Nusselt sayıları ve yüzeydeki ısı tasınım katsayıları deneylerden bulunanlarla karsılastırılmısve ortalama sapma değerleri hesaplanmıstır. Sayısal Nu sayıları kullanılarak Nu=c.Ranformunda korelasyon olusturulmus ve önceki arastırmacılar tarafından önerilenkorelasyonlarla karsılastırılmıstır. Sonuçların literatürle uyumlu olduğu görülmüstür. Sayısalçalısmalar için Fluent 6.0 CFD programı kullanılmıstır. Ayrıca bu bölümde serbest tasınımdakritik kaplama (ısı yalıtım) kalınlığı incelenmis ve kritik çapın, ısı tasınım katsayısınındeğisiminin dikkate alınarak belirlenmesi gerektiği sonucuna varılmıstır.Besinci bölümde; Arçelik A.S'nin Arastırma ve Gelistirme Merkezindeki sartlandırılmıshassas odada gerçeklestirilmis deneysel çalısmalar açıklanmıstır. Deneysel çalısmalar, üç anakısımdan olusmaktadır. Birinci kısımda; serbest tasınım sartlarında ve sabit dıs ortamsıcaklığında, çapı kritik çaptan küçük olan iki farklı çaptaki yatay boru için verilen elektrikselenerjiler ölçülerek ısı tasınım katsayıları belirlenmistir. Deneyler farklı dıs ortamsıcaklıklarında (10-20-30-40-50 0C) yüzey sıcaklıkları (20-30-40-50-60 0C) değistirilerektekrarlanmıstır. ?kinci kısımda; boru yüzeyine, boru yalıtım çapı kritik çap değerinin altındakalacak kalınlıkta kaplama yapılarak kaplamasız boru deneylerindeki sartlarda deneylertekrarlanmıs ve elektriksel enerjiler ölçülerek ısı tasınım katsayıları belirlenmistir. Deneyselçalısmanın üçüncü kısmında; kaplama malzemesi ıslatılarak buharlasma ile yüzeyde eszamanlı ısı ve kütle geçisi sağlanmıstır. Isı ve kütle geçisinin belirlenmesi için verilen elektrikenerji ve buharlasan su miktarları ölçülerek, ısı ve kütle tasınım katsayıları belirlenmistir.Ayrıca derisiklik farkının ısı ve kütle tasınımı üzerindeki etkisini analiz edilebilmek içindeneyler üç farklı bağıl nem değerinde yapılmıstır. Hazırlanmıs olan hesap tablosunda, toplamyoğunluk farkına bağlı tek bir Grashof sayısı tanımlanarak Ra, Raı değerleri Gr'a görehesaplanmıstır. Ayrıca ölçülen elektrik enerjisi ve buharlasan su miktarları kullanılarak Nu,Sh sayıları deneysel olarak belirlenmistirAltıncı bölümünde yatay borunun her üç durumu için benzer sartlarda ölçülen ısı geçismiktarları karsılastırılmıs ve değisim grafikleri çizilmistir. Deneysel çalısmanın birinci veikinci kısmında elde edilen deneysel veriler kullanılarak her deney için hesaplanan Nu ve Radeğerleri ile serbest tasınım sartlarında yatay borudan ısı geçisi için 7,462.101< Ra <8,593.103aralığında NuD=0,898.Ra0,201 korelasyonu önerilmistir. Yeni korelasyon, önceki arastırmacılartarafından tanımlanan genel kabul görmüs korelasyonlar ile karsılastırıldığında yenikorelâsyonun literatürle uyumlu olduğu görülmüstür.Deneysel çalısmanın üçüncü kısmında elde edilen deneysel veriler kullanılarak Nu,Ra ve Sh,Raı değerleri ile serbest tasınım sartlarında yatay borudan es zamanlı ısı ve kütle geçisi için7,405.102 < Raı <1,0269.104 aralığında ShD = 0,751.Raı 0.181 ve 8,543.101 < Ra <1,1794.104aralığında NuD = 0,258.Ra0,313 korelasyonları elde edilmistir.Yedinci bölümde belirsizliklerin tespiti yapılmıs ve sekizinci bölümde sonuçlardeğerlendirilerek öneriler sunulmustur.Anahtar kelimeler: Yatay silindir, serbest tasınım, ısı geçisi, es zamanlı ısı ve kütle geçisi

Abstract:
In this doctorate thesis, heat transfer from horizontal tubes in free convection has beeninvestigated experimentally and numerically. Simultaneous heat and mass transfer in freeconvection from the same tube has been investigated experimentally.Thesis consists of eight chapters. In the first chapter, the aim of the study and the results to bereached have been explained generally. In the second chapter, studies that are related to oursubject in the literature have been reviewed. In the third chapter, fundamental concepts whichare in scope of this thesis and the calculation method have been explained. According to airwatervapor mixture is an ideal gas mixture and potential, which forms flow around a tube,arises from density difference depending on temperature and concentration, a calculation tablehave been formed.In the fourth chapter, a numerical study of heat transfer in free convection has been carriedout. Heat transfer rate, Nu number and convective heat transfer coefficient values obtainednumerically have been compared to experimental results and average deviation has beencalculated. Using numerical Nu values the results correlated in the form of Nu=c.Ran andcompared to available literature results. The results are in good agreement with the literature.CFD Software Fluent 6.0 was used for numerical studies. In addition, in this chapter a studyrelated to critical coating thickness in free convection has been done and it is concluded thatcritical diameter should be determined considering variation of convective heat transfercoefficient.In the fifth chapter, experiments have been performed in a conditioned room in Arçelik A.S.(Arastırma ve Gelistirme Merkezi). Experiments consist of three main parts. In the first part;in free convection and constant ambient temperature, electrical energy that has been given tohorizontal tubes having two different diameters, which are smaller than the critical diameter,has been measured and heat transfer coefficients have been calculated. Experiments have beenrepeated for the different ambient temperature values by changing surface temperature values.In the second part, tube was coated with the diameter below critical diameter. Experimentshave been repeated with the boundary conditions of the tube without coating and heat transfercoefficients have been calculated. In the third part, by wetting the coating material on the tubesurface, simultaneous heat and mass transfer arising from evaporation has been provided. Inorder to determine the heat and mass transfer, amount of electrical energy and waterevaporating from the surface have been measured and heat and mass transfer coefficients havebeen determined. Besides, in order to analyze the effect of concentration difference onconvection, the experiments have been done for three different ambient relative humidityvalues. Defining a unique Grashof number depending on total density difference, Ra, Raıvalues have been calculated with respect to Gr. In addition, using measured values ofelectrical energy and mass of evaporated water, Nu, Sh numbers have been determinedexperimentally.In the sixth chapter, for three conditions of the horizontal tube at similar boundary conditionsmeasured heat transfer rates have been compared and the increase has been indicated ingraphics. Using the results obtained in the first and second parts at the experiments, Nu andRa number values have been calculated. Results have been successfully correlated by theequation NuD=0,898.Ra0,201(7,462.101