Isı transferi iyileştirmesinin iki fazlı akış kararsızlıklarına etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of heat transfer enhancement on two phase flow instabilities
Yazar: ŞENDOĞAN KARAGÖZ
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET YILMAZ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
İki fazlı akış ve bu akışlarla ilişkili ısı transferi endüstride gittikçe artan bir önem kazanmaktadır. Bunun nedeni iki fazlı akışlarda elde edilen ısı transfer katsayılarının tek fazlı akışlarda elde edilenlere göre çok daha yüksek olması ve yüksek ısı akısı kullanan uygulamaların varlığıdır. Bunlar arasında boylerler, nükleer reaktörler, kimyasal prosesler, ısı pompaları, ısı değiştiricileri, vs. sayılabilir.Bu çalışmada iş yapan akışkanı su, test kısmı yatay bir boru olan zorlanmış konveksiyonlu kaynamalı deney düzeneği kurularak iki fazlı akışların dinamik kararsızlıklarına ısı transfer iyileştirmesinin etkileri incelenmiştir. Bu osilasyonlar üzerine aşırı soğutma miktarının, akışkan giriş debisinin, ısıl gücün, çıkış kısıtlayıcısının ve boru içerisine yerleştirilen farklı ısı transfer iyileştirme elemanlarının yaptıkları etkiler araştırılmıştır. Dört farklı ısı transfer yüzey konfigürasyonu kullanılmıştır.Yapılan çalışmaların sonucunda yoğunluk değişim tipi osilasyonların periyot ve genliklerinin basınç düşümü tipi osilasyonların periyot ve genliklerinden daha düşük olduğu görülmüştür. Sisteme verilen ısıl güç artıkça karakteristik eğride minimum noktanın sağa doğru kaydığı ve iki fazlı bölgede belirli bir kütlesel debi değerinde ısıl güç artıkça basınç düşümünün arttığı görülmüştür. Akışkan giriş sıcaklığındaki azalmayla yani aşırı soğutma seviyesinin artmasıyla kaynamanın başladığı noktanın daha düşük kütlesel debilere doğru kaydığı ve iki fazlı bölgede belirli bir kütlesel debi değerinde giriş sıcaklığı arttıkça basınç düşümünün arttığı gözlemlenmiştir. İki fazlı bölgede en yüksek basınç düşümü iç yay içeren B (yay adımı:3,6mm) ve C (yay adımı:11mm) borusunda, en düşük basınç düşümü ise boş boruda meydana gelmiştir. İç yay içeren borularda ise adımı düşük olan B borusu adımı yüksek olan C borusundan daha yüksek basınç düşümü oluşturmuştur.

Abstract:
Two-phase flows and heat transfer phenomenon is gaining more and more importance in industry. This is because heat transfer coefficients for two phase flows are higher than those for single phase flows and there are applications that need high heat fluxes. These applications include boilers, nuclear reactors, chemical processes, heat pumps, heat exchangers etc. On the other hand, two-phase systems are prone to hydrodynamic instabilities.The effect of heat transfer enhancement on two phase flow dynamic instabilities are investigated in a horizontal tube system whose working fluid is water. The effect of subcooling rate, fluid flow rate, heat power, exit restriction and heat transfer enhancement devices placed into tubes are investigated. Four different tube surface configurations are used.As a result of the studies, the periods and amplitudes of the density wave type oscillations were lower than those of pressure drop type oscillations. It was found that with increasing heat power minimum point of characteristic curve proceeded toward to right and increasing heat power increased the pressure drop for given value of mass flow rate in two phase region. It was also determined that with decreasing inlet fluid temperature the point in which the boiling proceeded toward to lower mass flow rate and increasing inlet fluid temperature increased the pressure drop for given value of mass flow rate in two phase region. The results showed that the highest pressure drop occurred in tube-B (spring pitch: 3,6mm) and tube-C (spring pitch: 11mm) with inner spring the lowest pressure drop in the bare tube. In the tubes with interior spring, however, the B tube with lower pitch performed higher pressure drop than the C tube with higher pitch.