Yüksek sıcaklıklardaki düşey silindirlerde film kaynama ısı transferinin incelenmesi
Film boiling heat transfer on vertical cylinders at high temperatures
Yazar: ABDURRAHİM BÖLÜKBAŞI
Danışman: DOÇ.DR. HANİFİ SARAÇ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1997
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Film = Film ; Isı geçişi = Heat transfer ; Kaynama = Boiling

Özet:
VI ÖZET Bu çalışmada düşey bir silindir etrafındaki film kaynamada ısı transferi teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerde paslanmaz çelik (AISI 304) ve bronz numune kullanılarak ölçümler yapılmıştır. Soğutucu akışkan olarak saf su, 0.1 M, 0.15 M ve 0.20 M KOH (potasyum hidroksit) çözeltileri kullanılmıştır. Silindir yüzeyindeki buhar ve sıvı bölgeleri için süreklilik, momentum ve enerji denklemleri yazılmıştır. Bazı kabuller yapılarak Von Karman metoduyla buhar, hidrodinamik ve ısıl sınır tabaka kalınlıkları hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlarda buhar film, hidrodinamik ve ısıl sınır tabaka kalınlığı, yüzey sıcaklığı ve durma noktasına olan mesafenin artmasıyla artmış olduğu ve KOH çözeltilerinin buhar film kalınlıklarının saf suya göre daha düşük olduğu tespit edilmiştir. Deneylerde kullanılan numuneler 600 °C'ye kadar ısıtılarak 25, 40, 60, 80 ve 95 °C'deki soğutucu akışkanlara daldırılarak, her bir deneye ait soğuma grafikleri elde edilmiştir. Saf su ve KOH çözeltileri ile yapılan deneylerde film kaynama 80 ve 95 °C sıcaklıklarda gerçekleşmiş olup diğer sıcaklıklarda ise film kaynama oluşmamıştır. Kullanılan çözeltilerin ısı transfer katsayıları saf sudan daha yüksek bulunmuştur. Fakat konsantrasyon artışı ısı transferi miktarını düşürürken, film kırılma sıcaklığını ise yükseltmektedir. Kaynama ile ilgili sonuçlar yüzey sıcaklığına göre değerlendirildiğinden yüzey sıcaklığının tayini sonlu farklar metoduyla yapılmıştır. Neticede film kaynamada farklı malzemelerin ısı taşınım katsayısının değişmediği fakat radyasyondan dolayı toplam ısı akısının değiştiği tespit edilmiştir. Deney sonuçlarından, 600°C'deki bronz numunede radyasyonla olan ısı akısının toplam ısı akısına oranı %14. 16 olurken, paslanmaz çelik için aynı sıcaklıkta bu oran %8.44 olarak bulunmuştur. Yüksek sıcaklıklardaki film kaynamada ısı taşınım katsayısı düşerken, radyasyonla ısı transfer katsayısı artmaktadır. Doymuş kaynamada film kaynama süresi toplam soğuma süresinin yaklaşık olarak %70'ini kapsamaktadır.

Abstract:
VII SUMMARY In this study, the film boiling heat transfer coefficient around a vertical cylinder is investigated theoretically and experimentally. Measurements are made by using stainless- steel (AISI 304) and bronze samples. Pure water, 0.1M, 0.1 5M and 0,20M KOH (potassium hydroxide) solutions are used as cooling fluids. Vapour, hydrodynamic and thermal boundary layer thickness on cylinder surface are calculated using the continuity, momentum and energy equations for vapour and liquid regions, by considering Von Karman assumptions. It is obtained from result, that vapour film, hydrodynamic and thermal boundary layer thickness increase with increasing surface temperature and increasing distance from stagnation point. It is observed that in KOH solutions, the vapour film thickness is lower than in pure water. The vapour film thickness of in KOH solutions is thinner than in pure water. The used samples in experiments are heated up to 600 °C than immersed in cooling fluids at 25, 40, 60, 80 and 90 °C. For each experiment the cooling graphics are drawing as a function of selected parameters. Film boiling for pure water and KOH solutions experiments are seen at temperatures 80 and 95 °C and not seen other temperatures. The heat transfer ceefficient of used solutions are greater than pure water are obtained. But, increasing concentration results a decrease heat transfer coefficient and an increase film boiling collapse temperature. Results related with boiling are estimated with surface temperature, then the calculation of surface temperature are made by using Finite Difference Method. Finally, film boiling of different materials do not change the convection heat transfer coefficient, but it changes total heat flux do to radiation. From the experimental results, the ratio of radiation heat flux to total heat flux is about 14,16% in 600 °C for bronze sample, while this ratio at same temperature is about 18,44% for stainless steel. The heat transfer coefficient at high temperature film boiling decreases while radiation heat transfer coefficient increases. The film boiling period in saturation boiling is about 70% of the total cooling period.