Kapalı çevrim bir soğutma kulesinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Numerical and experimental investigation of a closed circuit cooling tower
Yazar: OĞUZ DALKIRAN
Danışman: PROF. DR. AYTUNÇ EREK
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, kapalı çevrim su soğutma kulesi, sayısal ve deneysel olarak incelenmiş olup, sayısal çalışmalarda Engineering Equation Solver (EES) yazılımı kullanılarak termodinamik modeli oluşturulmuştur.
Sayısal çalışmalarda NTU metodundan yararlanılarak kapasite hesaplarının yapılacağı bir EES algoritması oluşturulmuştur. Oluşturulan bu algoritma ile deneysel çalışmalarda elde edilen değerler, sayısal değerler ile karşılaştırmıştır. Deneysel çalışmalarda soğutma kulesinin parametrik termal testleri için bir deney düzeneği oluşturulmuştur. Oluşturulan düzenekte sıcaklıklar ve debiler ölçülerek, PLC kontrol sistemi ile takip edilmiştir.
Testler için tasarlanan prototip soğutma kulesi, endüstride kullanılabilecek kapasitede ve ölçülerde imal edilmiştir. Parçalarının modüler olarak üretilmesi sayesinde elde edilen montaj kolaylığı ile tasarımsal değişikliklerin aynı model üzerinde test edilebilmesi sağlanmıştır. Soğutma kulesi, havuz bölümü, ısı değiştirici bölümü, dolgu bölümü, sprey dağıtım bölümü ve fan bölümü olarak 5 parçadan oluşmaktadır. Prototip modelde ısı değiştiricinin düz ve çapraz bağlanması sonucu kapasite değerleri incelenmiştir. Açık çevrim soğutma kulelerinde kullanılan PVC dolgu malzemesi kapalı çevrim kuleye entegre edilmiştir. Bu bölüm ısı değiştiricinin alt veya üst kısmına yerleştirilebilmektedir. Bu sayede dolgu malzemesinin kapasiteye olan etkisi her iki kısımda gözlemlenmiştir.
Çalışmalar sonucunda çapraz bağlantının soğutma kapasitesini yüzde 10 oranında artırdığı, dolgu malzemesinin ise ısı değiştirici üzerine yerleştirilmesinin, alt kısma yerleştirilmesi ile karşılaştırıldığında soğutma kapasitesini daha fazla artırdığı ve çapraz bağlantı ile dolgu malzemesinin birlikte kullanılmasının düz bağlantıya göre toplamda yüzde 13,5 oranında kapasite artırımı yarattığı sonucuna ulaşılmıştır. 
Ayrıca yaş termometre sıcaklığı arttıkça kapasitede düşüş olduğu ve proses suyu çıkış sıcaklığının yükseldiği gözlenmiştir. Kesitteki hava hızının artırılması, kule içindeki basınç farkı ve soğutma aralığı değerlerini artırmakta olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
In this study, closed circuit cooling tower has been investigated numerically and experimentally and modelled thermodynamically by using Engineering Equation Solver (EES) software in numerical studies.
In the numerical studies, an EES algorithm has been developed to calculate device capacity by using NTU method. Along with this algorithm, the values that obtained in experimental studies were compared with numerical values. In experimental studies, experimental test rig was set up for parametric thermal tests of cooling tower. Temperatures and mass flow rates were measured and monitored by PLC control system.
The prototype cooling tower, designed for thermal tests, is manufactured in high capacity and dimensions that can be used in industry. The modular production of it's parts, it is possible to test the design changes on the same model with the ease of assembly obtained. Cooling tower consists of 5 parts as, pool section, heat exchanger section, filling section, spray distribution section and fan section. In the prototype model, the cooling capacity values of the heat exchanger were examined by straight and cross-connections. PVC filling material which used in open loop cooling towers is integrated into closed loop tower. Filling section can be placed at the top or bottom of the heat exchanger. Thus, the effect of filling material on capacity was observed in both parts.
As a result of the studies, it has been concluded that the cross-connection increased the cooling capacity by 10 percent, and the placement of the filling material on the heat exchanger increased the cooling capacity more compared to the lower section, and that the use of the cross-connection and filling material together increased the capacity by 13.5 percent. In addition, it is observed that the capacity decreases as the wet bulb temperature increases and the increase of process water flow increases the leaving water temperature.
It was also observed that when the wet bulb temperature increased, the capacity decreased and the process water outlet temperature increased. It was concluded that increasing the air velocity in the cross sectional area, increases the pressure difference and cooling range values in the tower.