Vorteks tüplerin deneysel incelenmesi ve termodinamik analizi
Experimental investigation and thermodynamic analysis of vortex tubes
Yazar: ADEM ÇELİK
Danışman: DOÇ.DR. MEHMET YILMAZ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Performans = Performance ; Termodinamik analiz = Thermodynamic analysis ; Vorteks tüpler = Vortex tubes

Özet:
Bu tezin amacı, vorteks tüpler ve teknolojik gelişimleri ile ilgili ayrıntılı bir literatür taramasıyapmak, vorteks tüplerle ilgili mevcut deneysel/teorik araştırma sonuçlarına toplu olarakulaşabilme olanağı veren bilgileri sunmak ve vorteks tüp tasarımına ilişkin olarak belirlenenparametreleri inceleyen deneysel araştırmalar yapmaktır.Vorteks tüpler ve teknolojik gelişimleri ile ilgili ayrıntılı bir literatür taraması yapılmıştır.Vorteks tüp tipleri ve konstrüksiyonu ile ilgili bilgiler verilmiş ve vorteks tüplerin teorik analiziyapılmıştır. Vorteks tüp deney sistemi kurularak çeşitli tasarım parametrelerinin vorteks tüpperformans karakteristiklerine etkisi incelenmiş ve termodinamik analiz yapılmıştır.Soğuk akım kütlesel debi oranı arttıkça soğuk akım sıcaklıkları artmış, sıcak akım sıcaklığı iseyaklaşık yc=0.6 değerine kadar artmış, daha sonra azalmıştır. Giriş basıncının artırılması sıcakile soğuk akım sıcaklıkları arasındaki sıcaklık farkını artırmıştır. Boyutsuz basınç arttıkçaboyutsuz sıcaklığın 0.11-0.24 arasında değişen asimptotik bir değere yaklaştığı görülmüştür.L/D=10 olan tüp L/D=20 olan tüpten daha iyi bir performans göstermiştir. Tersinmezlikparametresi, basınç ve soğuk akım kütlesel debi oranına bağlı olarak 0.68-2.14 arasındadeğişmiştir. Kritik tersinmezlik değerlerine çok yakın olan bu değerler RHVT içerisindekiprosesin oldukça tersinmez olduğunu göstermiştir. Carnot soğutma COP değerleri 3.2-25.6,Carnot ısıtma COP değerleri 3.8-49.8, gerçek soğutma COP değerleri 0.18-0.45 ve gerçekısıtma COP değerleri ise 0.14-0.44 aralığında değişmiştir. Diğer ısıtma ve soğutma sistemlerinegöre oldukça düşük olan bu COP değerleri, vorteks tüplerin hazır bir basınçlı gaz ikmalkaynağının olduğu ve/veya endüstriyel olarak gaz basıncının düşürülmesini gerektirenproseslerde daha uygun olduğunu göstermektedir.Anahtar Kelimeler: Vorteks Tüp, Termodinamik Analiz, Tip, Konstrüksiyon, Dizayn,Performans, Tasarım Parametreleri, Isıl Verim, COP.

Abstract:
The aim of this thesis is to present a detailed review of vortex tubes and technologicaldevelopment, to give information on the results of experimental/theoretical investigationsrelated to vortex tubes, and to conduct experimental investigations studying the effect of variousparameters on design of vortex tubes.A detailed review on vortex tubes and technological developments is presented. Information onthe types and construction of vortex tubes is given and a theorecial analysis is made. Anexperimental system of vortex tube are set up and the effect of various design parameters on theperformance of vortex tubes are studied and a thermodynamic analysis is made.As cold fraction increases cold exhaust temperature increases and hot exhaust temperatureincreases until yc=0.6 and then it decreases. Temperature difference between hot and coldexhaust temperature increases with increasing inlet pressure to vortex tube. Dimensionlesstemperature approaches to an asymptotic value from 0.11 to 0.24 with increasing dimensionlesspressure. The vortex tube with L/D=10 yields better performance than the vortex tube withL/D=20. The irreversible parameter changes in the range of 0.68-2.14 depending upon thepressure and cold fraction. These values that are very close to critical irreversible parametersindicate that the process in vortex tubes is highly irreversible. The Carnot cooling COP changesin the range of 3.2-25.6, Carnot heating COP 3.8-49.8, real cooling COP 0.18-0.45 and realheating COP 0.14-0.44. These COPs that are highly lower than COPs of other heating andcooling systems indicate that vortex tubes are more suitable for applications with availablepressured gas supply and/or processes requiring falling of gas pressure.Keywords: Vortex Tube, Thermodynamic Analysis, Type, Construction, Design,Performance, Design Parameters, Thermal Efficiency, COP.