İki fazlı akışlarda konik yayların boru içi ısı transferi ve akış kararsızlığı üzerindeki etkilerinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of conical springs on in-tube heat transfer and two-phase flow instabilities
Yazar: MUHAMMET KAAN YEŞİLYURT
Danışman: PROF. DR. ÖMER ÇOMAKLI
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı geçişi = Heat transfer ; Sulu iki faz sistemi = Aqueous two phase system

Özet:
Isı transfer katsayısının tek fazlı akışlara nazaran daha yüksek olması nedeniyle endüstride yüksek ısı akısı içeren ve/veya istenen; nükleer reaktörler, rafineriler ve buhar üreticileri gibi birçok tesis ve uygulamada akışın iki-fazlı olması tercih edilmektedir. Ancak bu tercihin faydaları gibi sistemin ve sistem elemanlarının ömrünü azaltacak ve güvenliğini riske atacak bir takım olumsuz etkileri de söz konusudur. Bu çalışma iki-fazlı akışlarda söz konusu bu olumsuz etkilerin giderilmesi ya da daha doğrusu azaltılmasına yönelik olarak konik sarımlı yayların bir boru için elemanı olarak etkilerinin deneysel olarak incelenmesini amaçlamaktadır.
Bu çalışmada test kısmını; iç çapı 17,6mm, dış çapı 25mm olan yatay düz bir boru içinde zorlanmış konveksiyonlu kaynamalı iki fazlı akış sistemi oluşturmuştur. Bu sistemde boru içi ısı transferi iyileştirme elemanı olarak farklı yay adımlarına sahip konik sarımlı yay dizilerinden oluşan elemanların akış kararsızlıklarına etkileri incelenmiştir. Akışkan giriş debisi ve boru içerisine yerleştirilen konik yayların yay adımları parametre olarak seçilerek sabit çalışma basıncı, sabit giriş sıcaklığı, sabit ısıl güç ve çıkış kısıtlayıcısı şartlarında konik yayların yaptıkları etkiler araştırılmıştır. Dört farklı ısı transfer yüzey konfigürasyonu kullanılmıştır.
Deneylerde minimum nokta ısıl gücün artması ile karakteristik eğride sağa kaymış ve belirli bir kütlesel debide basınç düşümünün de ısıl güç ile doğru orantılı olarak arttığı gözlenmiştir. İki fazlı bölgede en yüksek basınç düşümü Boru-4 (yay adımı:10mm olan konik yay dizisi) ve Boru-3 (yay adımı:20mm olan konik yay dizisi) borusunda gerçekleşirken, Boru-1'de en düşük basınç düşümü gerçekleşmiştir.

Abstract:
Two phase flow is preferred in many industrial plants and applications where high heat flux is present and/or required such as nuclear reactors, refineries and steam generators for its higher heat transfer coefficient compared to single phase flows. However, there are some adverse effects that will reduce the life of the system and system components as well as risks the safe operation along with its benefits. In this study, the effects of conical coiled springs as an in-tube element aiming the elimination, or actually minimization of said adverse effects are investigated experimentally.
In this study, a two-phase flow system with the test section comprised of a straight horizontal pipe having an inner diameter of 17,6mm and outer diameter of 25mm with forced convection boiling. With this system,effects of equally spaced conical coiled spring arrays having different pitches as an in-pipe heat transfer enhancement element on two phase flow instabilities has been investigated. Fluid suplly flow rate and pitches of conical springs inserted into the tube were selected as study parameters and experiments made under constant operating pressure, constant inlet temperature, constant heat input and fixed outlet restriction to investigate effects of conical springs. Four different heat transfer surface configurations are used.
Exeriments shown that minimum point shifted to the right on the curve with the increase of the heat input and the mass flow rate at a given pressure drop observed is directly proportional to the thermal power. The highest pressure drop in two-phase flow region is observed with pipe-4 (array of conical springs with 10mm pitch) and the pipe-3 (array of conical springs with 20mm pitch) while the lowest pressure drop is with pipe-1.