Kaynamada ısı transferine mekanik karıştırıcının etkisi
Effect of mechanical agitation of heat transfer in boiling
Yazar: FATMA ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. AHMET KAYA
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı geçişi katsayısı = Heat transfer coefficient ; Karıştırıcılar = Mixers ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic ; Çekirdekli kaynama = Nucleate boiling

Özet:
Bu tez çalışmasında mekanik karıştırıcının kaynamada ısı transferine etkileri deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Deneysel çalışma kapsamında KSÜ Makine Mühendisliği Bölümü Laboratuvarında bulunan bir deney düzeneği kullanılmıştır. Mekanik karıştırıcı olarak, farklı kanat sayılarına sahip bir fan kullanılmıştır. Karıştırıcı fan devrinin
(n=0, 54.7, 138.7, 187.5 d/d), karıştırıcı fan kanat sayısının (N=3,5,7), karıştırıcı fan ile ısıtıcı arası mesafenin (L=1,10,20,30,40 mm) ısı transferine ve buhar kabarcık çapına etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Deney akışkanı olarak saf su kullanılmıştır. Kabarcık çapı belirleme, Matlab programında görüntü işleme tekniği kullanılarak belirlenmiştir. Sayısal çalışmada ise, Ansys Fluent programı kullanılmıştır. Sayısal çözümlemede iki fazlı akış tanımı kullanılmış, fansız durumda Eulerian yaklaşımı, fanlı durumda ise VOF yaklaşımı simum ısı akısında (94 kW/m2), 0 d/d'dan 187.5 d/d'ya çıkartılmasıyla ısı transfer katsayısında yaklaşık %7 oranında bir artış olduğu tespit edilmiştir. Minimum ısı akısında (17 kW/m2) ve maksimum devirde (187.5 d/d), karıştırıcı fan kanat sayısının 3'den 7'ye çıkartılmasıyla, ısı transfer katsayısında yaklaşık %47 oranında bir artış ve buhar kabarcık çapında yaklaşık %6 oranında bir azalış olduğu tespit edilmiştir. Çalışılan karıştırıcı fan geometrileri içerisinde, en iyi ısı transferi katsayısı sağlayan 7 kanatlı karıştırıcı fanın ısıtıcı ile olan mesafesinin (minimum ısı akısı (17 kW/m2) ve maksimum devir (187.5 d/d) için), L=40 mm'den 20 mm'ye konumlandırıldığında yaklaşık %45 oranında bir artış, L=20 mm'den 1 mm'lik mesafeye konumlandırıldığında ise ısı transfer katsayısında yaklaşık %24 oranında bir azalış olduğu görülmüştür. Sayısal çalışmalar sonucunda elde edilen ısıtıcı yüzeyi ortalama sıcaklık değeri ile deneysel sonuçlar karşılaştırılmıştır. Fan kullanılmadığı durumda
deneysel ve sayısal sonuçlar arasında yaklaşık %7-16 oranında bir sapma, fanlı durumda iken yaklaşık %15-55 oranında bir sapma olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Mekanik karıştırıcı, Buhar kabarcık çapı, Isı transfer katsayısı, HAD

Abstract:
In this thesis, the effects of the mechanical agitation on the heat transfer at boiling were investigated experimentally and numerically. Within the scope of the experimental study, an experimental setup in the Laboratory of the Mechanical Engineering Department of KSU was used. A fan with different blade numbers was used as the mechanical agitation.
The speed of the agitation fan (n=0, 54.7, 138.7, 187.5 rpm), the number of agitation fan blades (N=3,5.7), the distance between the agitation fan and the heater (L=1,10,20,30,40) mm) on heat transfer and vapor bubble diameter were investigated experimentally. Pure water was used as the test fluid. Bubble diameter determination was determined by using image processing technique in Matlab program. In the numerical study, the Ansys Fluent program was used. In the numerical analysis, the definition of two-phase flow is used, the Eulerian approach is preferred in case of fanless and VOF approach is preferred in case of fan. In the study, it was determined that there was an increase of approximately 7% in the heat transfer coefficient by increasing the fan speed from 0 rpm to 187.5 rpm at the maximum heat flux (94 kW/m2
) by using a 3-blade agitation fan. At minimum heat flux (17 kW/m2) and maximum speed (187.5 rpm), increasing the number of agitation fan blades from 3 to 7 results in an approximate 47% increase in heat transfer coefficient and a 6% decrease in vapor bubble diameter. has been found to be. Among the studied agitation fan geometries, the distance of the 7-bladed agitation fan, which provides the best heat transfer coefficient, from the heater (for minimum heat flux (17 kW/m2) and maximum speed (187.5 d/d)) is L=40 mm to 20 mm. It has been observed that there is an increase of approximately 45% when positioned at the. The average temperature of the heater surface obtained as a result of
numerical studies was compared with the experimental results. It has been observed that there is a deviation of approximately 7-16% between the experimental and numerical results when the fan is not used, and a deviation of approximately 15-55% when the fan is not used. 

Keywords: Mechanical agitation, Vapor bubble diameter, Heat transfer coefficient, CFD