Alternatif soğutucu akışkan kullanılan bir soğutma sisteminde termodinamik ve ısı transferinin teorik ve deneysel olarak incelenmesi
Theoretical and experimental investigation of thermodynamics and heat transfer in a refrigerating system using alternative refrigerant
Yazar: AHMET KABUL
Danışman: PROF. DR. ALİ KEMAL YAKUT
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Bölümü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı geçişi katsayısı = Heat transfer coefficient

Özet:
Bu çalışmanın amacı, soğutucu akışkan olarak R404A'nın kullanıldığı kompresörlü soğutma sisteminde gövde ? borulu ısı değiştiricinin akış halinde kaynama esnasındaki toplam ısı transfer katsayısının değişiminin sistem parametrelerine göre analizinin yapılmasıdır. Bu amaç doğrultusunda analizlerin yapılabilmesi için deneysel bir sistem kurulmuş ve evaporatör basıncı ve sıcaklığının, soğutucu akışkan debisinin, ısı akısının ve soğutma suyu debisinin toplam ısı transfer katsayısı üzerindeki etkisi incelenmiştir.Deney çalışması, evaporatör basıncın 2.73 ? 5.76 bar, soğutucu akışkan kütle akısının 64.64 ? 152.68 kg/m2s ve ısı akısının 9.616 ? 21.524 kW/m2 olduğu aralıklarda yapılmıştır. Kullanılan gövde ? borulu ısı değiştirici 60 cm boyunda ve bir geçişte iç çapı 8 mm ve dış çapı 10 mm olan 9 adet bakır borudan oluşmaktadır. Yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar kullanılarak kaynama esnasındaki toplam ısı transfer katsayısı hesaplanmıştır. Deney sonuçları hesaplandıktan sonra literatürde önerilmiş üç farklı bağıntı kullanılarak kaynama esnasındaki ısı transfer katsayısı tekrar elde edilmiştir. Elde edilen değer ile deney sonuçları karşılaştırılmıştır.Çalışmanın daha sonraki aşamasında soğutma sistemindeki her eleman termodinamiğin birinci ve ikinci yasa analizine tabi tutularak soğutma performans katsayısı, ikinci yasa verimi, tersinmezlikler ve ekserji verimleri hesaplanmıştır. Çalışmanın son kısmında, evaporatör basıncı, soğutma suyu sıcaklıkları, soğutma suyu debisi, alternatif soğutucu akışkan R404A'nın debisi ve soğutma suyunun gövde tarafındaki hızının değişimleri kullanılarak gövde ? borulu ısı değiştiricisi için toplam ısı transfer katsayısını veren bağıntı geliştirilmiştir.

Abstract:
Scope of this study is to analyze the variation of heat transfer coefficient in terms of system parameters in shell and tube heat exchanger of a refrigeration system using R404a. For this aim, to carry out the analyses, an experimental system was built up and the effects of evaporator pressure and temperature, refrigerant mass flow rate, heat flux and cooling water mass flow rate on heat transfer coefficient were investigated.Experiments were made for evaporator pressure of 2.73-5.76 bar, refrigerant mass flux rate of 64.64-152.68 kg/m2s, heat flux of 9.616-21.524 kW/m2. The shall and tube heat exchanger is 60 cm in length and consist of 9 tubes which are 8 mm in inner diameter and 10 mm in outer diameter. Overall heat transfer coefficient during boiling was calculated using obtained results from the experiments. After calculating the experimental results, overall heat transfer coefficient during boiling was recalculated using three different equations proposed by some researchers. Obtained result was compared with experimental results.In the other part of the study cooling coefficient of performance, second law efficiency, irreversibilities and exergy efficiencies were determined by carrying out first and second law of thermodynamics analysis for each system component. In the last part of the study, an empirical correlation derived for overall heat transfer coefficient using, evaporator pressure cooling water temperatures, cooling water mass flow rate, alternative refrigerant R404a mass flow rate and cooling load shell side velocity.