dairesel bir kanalda isi transfer in in deneysel ve sayisal incelenmesi experimental and numerical...

8/3/2019 Dairesel Bir Kanalda Isi Transfer in In Deneysel Ve Sayisal Incelenmesi Experimental and Numerical Investigation of

1/143

T.C.ERCYES NVERSTES

FEN BLMLER ENSTTS

DARESEL BR KANALDA ISI TRANSFERNNDENEYSEL VE SAYISAL NCELENMES

Tezi Hazrlayanzlem H. DADELEN

Tezi YnetenYrd.Do.Dr. S. Orhan AKANSU

Makine Mhendislii Anabilim DalYksek Lisans Tezi

Ocak 2006KAYSER


2/143


3/143

ii

TEEKKR

Bu tez konusunu sememde bana yardmc olan, tez almasnn her aamasnda bilgi

ve maddi-manevi desteini esirgemeyen, bata danman hocam sayn Yrd.Do.Dr.

S.Orhan AKANSU olmak zere, konumun ilerleyiinde bilgi ve tecrbesini aktaran

sayn Yrd.Do.Dr.Yahya Erkan AKANSUya ve sayn hocalarm Prof.Dr. Hseyin

YAPICIya ve Prof.Dr.Necdet ALTUNTOPa teekkrlerimi bir bor bilirim. Ayrca,

youn i hayatm yan sra kendi branmda ilerlemem iin yaptm bu kariyer

almamda maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen aileme, zellikle anneme,

deneysel almalarmda beni yalnz brakmayan kardeim Yk.Mh.Fatih ZTRKeve deneysel almada mekanik ve elektronikteki teknik maharetlerini esirgemeyen eim

Yk.Mh. Ulvi DADELENe de teekkr eder, bu zaman diliminde yeterince vakit

ayramadm biricik oluma ACARma tezimi ithaf ederim.


4/143

iii

DARESEL BR KANALDA ISI TRANSFERNN DENEYSEL VE SAYISALNCELENMES

zlem H. DADELEN

Erciyes niversitesi, Fen Bilimleri EnstitsYksek Lisans Tezi, Aralk 2005

Tez Danman: Yrd.Do.Dr. S. Orhan AKANSU

ZET

Bu tez al

mas

nda, iklimlendirme cihaz

na silindirik bir kanal balanarak havadakinem miktarnn s transferine etkisi deneysel ve saysal olarak incelenmitir. Deneysel

incelemede s gei katsays sv kristal metod ile tespit edilmitir. Saysal almada

da Fluent 6.122 program ve bu programda k- modelin species transport blm

seilmitir. Kanaln boyu 1.5 m., ap ise 0.144 m.dir. Silindirik kanal pleksiglass

malzemeden yaplm olup, i yzeyine srlen sv kristal malzeme ile scaklk

dalm grsel olarak incelenmitir.

Deneyler iklimlendirme cihaz ile yaplm olup giri scakl 605C ve Reynolds

says 500015000 arasnda ve bal nem miktar deneysel almada %1340 saysal

almada %070 arasndadr. Deneyler bir kamera araclyla kaydedilmi daha sonra

30 sn aralklarla sv kristalin renk deiimi gzlenmitir. Reynolds says arttka

ortalama Nusselt says artmaktadr. Reynolds says sabit tutulup nem arttrldnda

Nusselt saysnda da art gzlenmitir. Deneylerde ortaya kan bu fark CFDde de ayn

artlar altnda modellenmi ve boyutsuz uzaklk x/r ve yerel Nu saysna bal

grafiklerle Reynolds saylarna gre farklar belirtilmitir. Sonu olarak nem miktarnnartrlmass transfer miktarn artrmaktadr.

Saysal analiz iin eksenine keli engel konularak farkl hz ve nemli havada yaplan

almada da Re=750025000 arasnda hz ve scaklk dalmlar incelenmitir. Nem

havann ktlesini arttrd iin hz azalr, scaklk ise duvar ve eksen arasnda oluan s

farkyla s transferini artrr. Engelli kanaldaki nemli havann s transferine etkisi,

engelli kanalda nemsiz havaya gre maksimum %10 orannda fazladr.

Anahtar Kelimeler: Bal nem, Nusselt Says, Reynolds Says, s transferi, engel


5/143

iv

EXPERIMENTAL AND NUMERICAL INVESTIGATION OF HEATTRANSFER IN A CIRCULAR DUCT

zlem H. DADELEN

Erciyes University, Graduate School of Natural and Applied SciencesM.Sc. Thesis, December 2005

Thesis Supervisor: Assist. Prof. S.Orhan AKANSU

ABSTRACT

In this study, by mounting a cylindrical duct to the air conditioning unit the effect of the

relative humudity amount in the air to the heat transfer is investigated experimentally

and numerically. In the experimental analysis, heat transfer coefficient is determined byliquid crystal method. In numerical analysis, Fluent 6.1.2.2 program is used and this

program is selected k-, species transport model. The length of the duct is 1.5 m and

diameter is 0.144 m. The cylindrical duct is made of flexyglass material by applying LC

material to the inner surface of the duct, temperature distribution is visually investigated.

This experiment is made with air conditioning unit and inlet temperature is 605C , Re

number is 5000-15000 and realtive humidity unit is %13-40 in experimental, %0-70 in

numerical. Experiments are recorded by a camera and then the change of the LC in a 30

seconds interval is considered. As the Re number increaes the average Nu number is

increasing.

While keeping Re number constant and increasing humudity an increasing Nu number

is also investigated. The difference found in the experiments is also modelled under

same conditions with CFD and the differences with the respect to Re number with non

dimensional ditance x/r and local heat Nu number graphics is determined. As a result,

when the humudity amount increases heat transfer increases.

In study in which a corned obstacle is assembled to the center of the duct fort he

numerical analysis is investigated for different velocity and humidity distributions

between Re=7500-25000. Velocity is decreased according to the increase in the mass of

the air because of humidity but temperature increases the heat transfer because of the

difference between wall and axis. The effect of the humidity air in the obstacle duct to

the heat transfer is maximum 10% greater than the air without humidity.

Keywords: Relative humidity, Nu number, Re number,heat transfer, obstacle


6/143

v

NDEKLER

KABUL VE ONAY...........................................................................................................iTEEKKR......................................................................................................................ii

ZET ...............................................................................................................................iii

ABSTRACT.....................................................................................................................iv

KISALTMALAR VE SMGELER................................................................................viii

TABLOLAR LSTES ......................................................................................................x

EKLLER LSTES .......................................................................................................xi

1. BLM ........................................................................................................................1

GR ...............................................................................................................................1

2. BLM ........................................................................................................................5

LTERATR ARATIRMASI ........................................................................................ 5

2.1. Yaplan almalar..................................................................................................... 5

2.2. Is Tanm Katsaysnn Belirlenmesi ....................................................................... 8

2.2.1. Entalpi Yntemi ...................................................................................................... 8

2.2.2. nce Cidar Yaklam .............................................................................................. 9

2.2.3. Kondksiyon zm Yntemi................................................................................9

2.2.4. Sv Kristal Yntemi ............................................................................................... 9

2.3. Sv Kristalin Yaps .................................................................................................11

2.3.1. Sv Kristal Kullanlarak Yaplan Baz almalar ............................................... 12

2.3.2. Sv Kristallerin Snflandrlmas ......................................................................... 17

2.3.3. Scaklk Grntleme Teknikleri.......................................................................... 18

2.3.4. Sv Kristalin Kalibrasyonu ve Renk-Scaklklikisi ..........................................19

3. BLM ......................................................................................................................21

DENEYSEL VE SAYISAL ALIMA......................................................................... 21

3.1. Giri..........................................................................................................................21

3.2. Deneysel almalar ................................................................................................ 21

3.2.1. klimlendirme Cihaz ............................................................................................ 23

3.2.1.1. Cihaz Kullanmnn Amac ................................................................................23

3.2.1.2. Tesisat ................................................................................................................ 23

3.2.1.3. nitenin zellikleri............................................................................................24


7/143

vi

3.2.1.4. Teori ................................................................................................................... 24

3.2.2. Test Blgesi...........................................................................................................25

3.2.3. Hz ve Basn Bileenlerinin llmesi ...............................................................263.2.4. Is Tanmnda Boyutsuz Saylar ......................................................................... 26

3.2.5. Srtnme Faktrnn Belirlenmesi ...................................................................... 27

3.2.6. Belirsizlik Analizi ................................................................................................. 27

3.2.6.1. Boyutsuz Saylarn Belirsizlik Deerleri ...........................................................29

3.2.6.2. Deneysel lmler ile Ortaya kan Belirsizlikler ...........................................30

3.2.7. Sv Kristal Renk-Scaklklikisinin Belirlenmesi .............................................. 32

3.2.8. Test Blgesi lm Yzeyinin S

v

Kristalle Kaplanmas

...................................333.2.9. Yerel Is Tanm Katsaylarnn Hesab ...............................................................34

3.2.10. Is Transfer Katsaysnn Hesab ......................................................................... 34

3.2.11. Bo Borudaki Zaman Baml Isletim Denklemi ve Snrartlar ..................35

3.2.12. Is Tanm Katsaylarnn Hesap Prosedr ve Hesaplamalarda Kullanlan

Bilgisayar Program ............................................................................................ 40

3.3. Deneysel alma.....................................................................................................41

4. BLM ......................................................................................................................52

SAYISAL ALIMA.....................................................................................................52

4.1. Standard k- Model ..................................................................................................53

4.2. Standart k- Model iin letim Denklemi................................................................. 53

4.3. Trblansl Viskozite Modelleme............................................................................ 53

4.3.1. Model Sabitleri...................................................................................................... 53

4.3.2. letim Trlerinin Modellenmesi ve Sonlu Hz-Kimyas .......................................54

4.3.3. letim Trleri Denklemleri ....................................................................................54

4.4. Snrartlar ..............................................................................................................55

4.5. Grid Bamszl .....................................................................................................56

4.5.1. Engelsiz Bo Kanalda Scaklk ve Hz kontrleri.................................................57

4.5.2. Engelli Kanalda Hz ve Scaklk Kontrleri.......................................................... 61

4.6. Deneysel ve Nmerik almann Mukayesesi........................................................ 65

4.6.1. Nusselt Says Bakmndan Mukayese.................................................................. 65

4.6.2. Basn Deiimi Bakmndan Mukayese ..............................................................68

4.7. Saysal nceleme ......................................................................................................68


8/143

vii

4.8. Kanal indeki Kare Engellerin Is Transferine Etkisi Ve Hz Dalmlarnn

ncelenmesi ..................................................................................................................... 74

4.8.1. Engelsiz Durum in Nusselt Saysnn Gemi almalarla Mukayesesi ..........764.8.2. Engelli Durumda Nemsiz ve Nemli Havann Is Transferine Etkisinin ncelenmesi 77

4.8.2.1. Hz Dalmlar ..................................................................................................77

4.8.2.2. Scaklk Dalmlar ........................................................................................... 97

5. BLM ....................................................................................................................117

SONU VE RDELEME..............................................................................................117

KAYNAKLAR .............................................................................................................119

EKLER..........................................................................................................................123EK1 ...........................................................................................................................123

EK2 ...........................................................................................................................126

EK3 ...........................................................................................................................127

ZGEM .................................................................................................................. 128


9/143

viii

KISALTMALAR ve SMGELER

Q Akkana aktarlan toplam sTg Akkan giri scakl

T Akkan k scakl

m Akkann ktlesel debisi

c Akkann sabit basntaki zgl ss

Cp Srtnme katsays

h Is tanm katsays

Tm Cidarla akkan arasndaki logaritmik scaklk farkF Yzey alan

Tco Cidar scaklklarnn ortalamas

Taor Akkann ortalama scakl

.

q Is aks

Tbulk ak scakl

Twi Yerel yzey scakl

Taw Adyabatik duvar scakl

Td Kuru termometre scakl

Tw Ya termometre scakl

Re Reynolds sats

d Boru ap

Ortamn s iletim katsays

p Test blgesi k

U Test blgesi giriindeki ortalama hz

Akkann younluu

R Toplam belirsizlik

Nu Nusselt says

St Strouhal says

dhe Edeer ap

A Ak ynne dik kesit alan

F Islak evreTaf Akkan film scakl


10/143

ix

w Duvar malzemesinin younluu

k Is transfer katsays

Gk Ana hz radyanlarna bal trblans kinetik enerjiGb Su zerinde durabilme zelliine bal trblans kinetik enerji

YM Kanaln bir ucundan bir uca dalm oranna sktrlabilir trblansdakararsz genileme

k,e Trblansl akta Pr saylar

Pr Prandtl says

t Trblans viskozitesi


11/143

x

TABLOLAR LSTES

Tablo 3.1. S

v

Kristalin Renk Oluum S

cakl

klar

.......................................................33Tablo 3.2. Deneysel Veri Tablosu................................................................................... 42

Tablo 4.1. 50250 mm Arasndaki llebilen Deneysel P Basn Fark ve CFDOlarak Hesaplanan P Basn Fark Deerleri ............................................... 68

Tablo 4.2. Reynolds, Bal Nem, Basn Fark ve Srtnme Katsays DeerlerininDeiimi ..........................................................................................................74

Tablo 4.3. k, c, r ve mnin Scakln Fonksiyonu Olarak Deiimi ..............................75


12/143

xi

EKLLER LSTES

ekil 3.1. klimlendirme Cihaz

......................................................................................22ekil 3.2. klimlendirme Cihazematikekli...............................................................22

ekil 3.3. Test Blgesi .................................................................................................... 26

ekil 3.4. Is Gei Katsaylarnn Belirlenmesinde Kullanlan Snr Koullar .............34

ekil 3.5. Hi Hesaplamada Kullanlan Sonlu Fark Gsterimi (J=1 Dm Noktasnda

Konveksiyon Snrart) ................................................................................36

ekil 3.6. Ara Dm Noktalarnda Kullanlan Sonlu Farklar A ................................38

ekil 3.7. J = Numr Dm Noktasnda Konveksiyon Snrart .................................39

ekil 3.8. Deney Dzeneinin Genel Grnm............................................................41

ekil 3.9. %19 Bal Nem ve Re = 9642 in Test Blgesinde Sv Kristalin Scaklk

Karsnda Meydana Gelen Renk Deiimi (Deney 10) ................................43

ekil 3.10. %21 Bal Nem ve Re = 11872 iin Test Blgesinde Sv Kristalin Scaklk

Karsnda Meydana Gelen Renk Deiimi (Deney No:13) .......................... 44


Karsnda Meydana Gelen Renk Deiimi (Deney no:17) ........................... 45


Karsnda Meydana Gelen Renk Deiimi (Deney No:28) .......................... 46

ekil 3.13. %30 ve %33nemlerde Re7300 iin x Eksenel Uzakla Karlk Yerel Nu

Says ..............................................................................................................47

ekil 3.14. %30 ve %33 Nemlerde Re8100 iin x Eksenel Uzakla Karlk Yerel Nu

Says ..............................................................................................................48


Says ..............................................................................................................48


Says ..............................................................................................................49

ekil 3.17. %19 ve %40 Nemlerde Re10000 iin x Eksenel Uzakla Karlk Yerel

Nu Says.........................................................................................................49

ekil 3.18. %19 ve %39 Bal Nemlerde Re9800 iin x Eksenel Uzakla Karlk

Yerel Nu Says............................................................................................... 50

ekil 3.19. %21 ve %40 Nemlerde Re10500 iin x Eksenel Uzakla Karlk YerelNu Says.........................................................................................................50


13/143

xii

ekil 3.20. %25, %38 ve %40 Nemlerde Re11000 iin x Eksenel Uzakla Karlk

Yerel Nu Says............................................................................................... 51

ekil 4.1. 212919 Grid Saysnda Bo Kanalda Hz Dalm ........................................57ekil 4.2. 258759 Grid Saysnda Bo Kanalda Hz Dalm ........................................57

ekil 4.3. 332499 Grid Saysnda Bo Kanalda Hz Dalm ........................................57

ekil 4.4. 221919 Grid Saysnda Bo Kanalda Scaklk Dalm.................................58



ekil 4.7. Engelsiz Kanaln x Ekseninde 0 0,25 Arasnda (a) 221919, (b) 258759 ve

(c) 332499 Grid Say

lar

nda H

z Da

l

mlar

................................................. 59ekil 4.8. Engelsiz Kanalda x Ekseninde 0 0.25 Aralnda (a) 221919, (b) 258759 ve

(c) 332499 Grid Saylarnda Scaklk Dalm .............................................. 60

ekil 4.9. 212420 Grid Saysnda L/D=0,5, Re=23400de Ekseninde Kt Cisim Bulunan

Kanaln Hz Dalm......................................................................................61

ekil 4.10. 231756 Grid Saysnda L/D = 0,5, Re = 23400de Ekseninde Kt Cisim

Bulunan Kanaln Hz Dalm ....................................................................... 61


Bulunan Kanaln Hz Dalm ....................................................................... 61


Bulunan Kanaln Scaklk Dalm................................................................62


Bulunan Kanaln Scaklk Dalm................................................................62

ekil 4.14. 270556 grid saysnda L/D = 0,5, Re = 23400de ekseninde kt cisim

bulunan kanaln scaklk dalm...................................................................62

ekil 4.15. Engelli Kanalda x Ekseninin 0-0,25 m Aralnda L/D = 0.5, Re = 23400de

212420, 231756 ve 270556 Grid Saylarndaki Hz Dalmlar....................63

ekil 4.16. Engelli Kanalda x Ekseninin 00,25 m Aralnda L/D = 0,5, Re = 23400de

212420, 231756 ve 270556 Grid Saylarndaki Scaklk Dalmlar ............64

ekil 4.17. Re=6483 iin x Mesafesine Karlk Deneysel ve CFD Yerel Nusselt Says ... 65


ekil 4.19. Re=11745 iin x Mesafesine Karlk Deneysel ve CFD Yerel Nusselt Says . 66




14/143

xiii


ekil 4.23. Re=3820 iin %0, 5-10, 20, 30, 40 ve 70 Bal Nem Deerlerinde x Eksenel

Uzaklk-Yerel Nusselt Says.......................................................................... 69ekil 4.24. Re=5720 iin %0, 510, 20, 30, 40 ve 70 Bal Nem Deerlerinde x Eksenel

Uzaklk-Yerel Nusselt Says.......................................................................... 69

ekil 4.25. Re=7627 iin %0, 5-10, 20, 30, 40 ve 70 Bal Nem Deerlerinde x Eksenel


ekil 4.26. Re=9533 iin %0, 510, 20, 30, 40 ve 70 Bal Nem Deerlerinde x Eksenel


ekil 4.27. Re=11440 iin %0, 5-10, 20, 30, 40 ve 70 Ba

l Nem Deerlerinde xEksenel Uzaklk-Yerel Nusselt Says ............................................................71

ekil 4.28. v = 1 m/sn Re = 3813, 5720, 7627, 9533 Ve 11140 Deerlerinde x Eksenel

Uzaklk Yerel Nu Says. .............................................................................71

ekil 4.29. v=1,5 m/sn Re=3813, 5720, 7627, 9533 ve 11140 Deerlerinde x Eksenel


ekil 4.30. v=2 m/sn Re=3813, 5720, 7627, 9533 Ve 11140 Deerlerinde x Eksenel


ekil 4.31. v=1 m/sn Re=3813, 5720, 7627, 9533 ve 11140 Deerlerinde x Eksenel


ekil 4.32. Nmerik allan Modelin Grn..........................................................75

ekil 4.33. Hesaplanan Nusselt Says ile Ampirik Nusselt Saysnn Reynolds Saysna

Gre Grn ............................................................................................... 76

ekil 4.34. L/D=1de Re=7800 iin Nemsiz Havada Hz Dalm(v=1).......................79

ekil 4.35. L/D=1de Re=7800 iin %10 Nemli Havada Hz Dalm(v=1).................80



ekil 4.38. L/D=1de Re=15600 iin Nemsiz Havada Hz Dalm(v=2).....................83

ekil 4.39. L/D=1de Re=15600 iin %10 Nemli Havada Hz Dalm(v=2)...............84



ekil 4.42. L/D=1de Re=23400 iin Nemsiz Havada Hz Dalm(v=3).....................87




15/143

xiv


ekil 4.46. L/D=0,5de Re=7800 iin Nemsiz Havada Hz Dalm(v=1)....................91

ekil 4.47. L/D=0,5de Re=7800 iin %30 Nemli Havada Hz Dalm(v=1)..............92ekil 4.48. L/D=0,5de Re=15600 iin Nemsiz Havada Hz Dalm(v=2)..................93

ekil 4.49. L/D=0,5de Re=15600 iin %30 Nemli Havada Hz Dalm(v=2)............94

ekil 4.50. L/D=0,5de Re=23400 iin Nemsiz Havada Hz Dalm(v=3)..................95

ekil 4.51. L/D=0,5de Re=23400 iin %30 Nemli Havada Hz Dalm(v=3)............96

ekil 4.52. L/D=1de Re=7800 iin Nemsiz Havada Scaklk Dalm(v=1) ...............99

ekil 4.53. L/D=1de Re=7800 iin %10 Nemli Havada Scaklk Dalm(v=1) ....... 100

ekil 4.54. L/D=1de Re=7800 iin %30 Nemli Havada S

cakl

k Da

l

m

(v=1) ....... 101ekil 4.55. L/D=1de Re=7800 iin %50 Nemli Havada Scaklk Dalm(v=1) ....... 102

ekil 4.56. L/D=1de Re=15600 iin Nemsiz Havada Scaklk Dalm(v=2) ........... 103

ekil 4.57. L/D=1de Re=15600 iin %10 Nemli Havada Scaklk Dalm(v=2) ..... 104



ekil 4.60. L/D=1de Re=23400 iin Nemsiz Havada Scaklk Dalm(v=3) ........... 107




ekil 4.64. L/D=0,5de Re=7800 iin Nemsiz Havada Scaklk Dalm(v=1) .......... 111

ekil 4.65. L/D=0,5 de Re=7800 iin %30 Nemli Havada Scaklk Dalm(v=1).....112

ekil 4.66. L/D=0,5de Re=15600 iin Nemsiz Havada Scaklk Dalm(v=2) ........ 113

ekil 4.67. L/D=0,5de Re=15600 iin %30 Nemli Havada Scaklk Dalm(v=2) ..114

ekil 4.68. L/D=0,5de Re=23400 iin Nemsiz Havada Scaklk Dalm(v=3) ........ 115

ekil 4.69. L/D=0,5de Re=23400 iin %30 Nemli Havada Scaklk Dalm(v=3) ..116


16/143

1.BLMGR

Enerji, yllardan beri yana insanolunun yaamn devam ettirmesinde en nemli temel

kaynaklardan birisi olmutur. Gnmzde gelime ve glenmede en stratejik unsur

konumundadr. 18. yzyln ikinci yarsnda balayan ve "Sanayi devrimi" olarak

adlandrlan bilimsel ve teknolojik gelimeler sonucunda, retim srecindeki hzl

makineleme, beraberinde enerji ihtiyacn da gndeme getirmitir. Bugn

kullandmz enerjinin byk bir ounluu petrol, kmr, doal gaz gibi fosil

yaktlardan elde edilmektedir. Enerjinin daha verimli ve tasarruflu kullanlmas, bu

yaktlarn snrl rezervlerinin korunmas anlam tamaktadr. Dnya enerji tketimi;

nfus artna, daha konforlu yaam talebine bal sanayilemeye ve teknolojikgelimelere paralel olarak, ba dndrc bir hzla artmaktadr. 21. Yzyla girerken

adeta enerji souran bir dnya toplumu portresi ortaya kmaktadr. Gnmzde Dnya

toplam elektrik enerjisi gereksinimi 15 trilyon kilowatt saat dzeyindedir, enerji

gereksiniminin % 80'i kmr, petrol ve doal gaz gibi fosil yaktlarca, geri kalan %20'si

de bata hidrolik ve nkleer enerji olmak zere, hayvan, bitki atklar, rzgr, gne,

jeotermal enerji gibi kaynaklardan karlanmaktadr. Fosil yaktlarn Dnya'da bilinen

rezerv da

l

mlar

petrol edeeri olarak % 68 kmr, % 18 petrol, % 14 doal gazolarak hesaplanmaktadr. Buna gre; enerji tketim trendinin bugnk seviyesiyle,

bilinen petrol rezervlerinin mr 45 yl, doal gazn 65 yl, kmrn ise 240 yldr.

Konfor ve gelime talebindeki artla bu mrn ok daha kstl olaca aktr. Bu

durumda, Dnya'nn 21. Yzyldaki en nemli ve gvenilir enerji kayna yine kmr

olmaktadr. Nitekim Dnya enerji retiminde, gnmzde % 40 civarnda olan kmr

paynn 2020 ylnda % 48'e ykselecei tahmin edilmektedir

lkemiz, tkettii genel enerjinin % 45-46'sn yerli kaynaklardan salayan bir lkedir.

Yani ihtiyac olan enerjinin % 55'ini ithal etmektedir. Bu da enerji konusunda lkemizin


17/143

2

da baml olduunun ok ak bir gstergesidir. u anda Trkiye'de kurulu

durumdaki enerji santralleri yllk 20 GW civarnda elektrik enerjisi retmektedirler.

Santrallerin byk bir ksm kmr ve su enerjisi ile almaktadr. DPT tarafndanyaplan almalara gre 2010 ylna kadar lkemizdeki hzl sanayileme nedeni ile

yllk enerji ihtiyacmz 60 GW civarnda olacaktr. Sadece bu rakamlar bile lkemizde

enerji kapasitesinin alternatif olarak gelitirilmesini ve enerjinin tasarruflu

kullanlmasnn nemini aka ortaya koymaktadr. Kalknma sreci ierisinde olan

lkemizde ise enerji tketim seviyeleri, gerek fert bana birincil enerji, gerekse fert

bana elektrik enerjisi baznda gelimi lkelerin ok gerisindedir. Bu husus dikkate

al

narak, lkemizde uygulanan politikalar erevesinde temel ilkeler belirlenmelidir.Trkiye'nin toplam ve fert bana enerji tketimi, kalknmaya ve refah artna paralel

olarak arttrlmaldr. Buna ek olarak, enerji taleplerinin karlanmasnda, yerli/ithal

kaynak oran, enerji gvenlii, dnya enerji piyasalarndaki arz gelimeleri ve ekonomi

gz nne alnarak optimize edilmelidir. lkemiz, dnyann en zengin enerji

kaynaklarna sahip lkelerle evrili olduu halde, petrol ve doal gazmz yok denecek

kadar az olduu ifade edilmektedir.

Enerji retim ve dnm verimini artrmak iin ok sayda saysal ve deneysel alma

yaplmtr. Is transferi aratrmasnn nemli alanlarndan birisi de kanal iindeki ak

olaydr. Kanal iindeki s transferi yapsnn anlalmas s eanjrleri, gne

kolektrleri ve bilgisayarlarn verimli alabilmesi iin gereken soutma ilemlerinin

ve benzeri fiziksel olaylarn daha iyi bilinmesi sayesinde bu tr tasarmlarn optimum

olmasn salayacaktr.

Yksek performansl sl sistemler tasarlanrken, tasarm ve iletim basamaklarnn

dk olmas istenir. Maliyetlerinin azaltlabilmesi iin de s geiinin iyiletirilmesine

ynelik baz yntemler kullanlabilir. Bu yntemlerden ilki Bergles tarafndan 1969

ylnda aktif ve pasif yntemler olarak iki balkta gruplandrlmtr [1].

Sistemde ilave enerjinin kullanld yntemler aktif yntemler olarak snflandrlr.

Mesela, yzeyin dndrlmesi, cidardan alan kk deliklerden akn emilmesi, akm

ortamna ilave akkann baslmas, akn titreiminin salanmas vb. pasif yntem ise

ilave enerjinin kullanlmad yntemdir. Bu yntemde yzey przlnn artrlmas,


18/143

3

ak alanna ilave elemanlarn yerletirilmesi, s gei yzey alannn bytlmesi gibi

rnekler verilebilir.

Ak tipinin d veya i ak oluuna, akm alannn laminer veya trblansl olmasna,

akn akm ynnde gelimekte veya tam gelimi olmasna ve sistemdeki sl snr

koullarna bal olarak sl sistemlerdeki akm ve s gei karakteristiklerinin

deiimleri belirlenebilir. Bu akm ve s gei karakteristikleri, kullanlan iyiletirme

tekniine gre, iletme veya tasarm parametrelerine bal olarak etkileimleri ayrca

belirlenir [2].

Is gei yzeyini artrmak iin yaplan almalarda, yzeyde kanallar almakta,erisel yzeyler oluturulmakta, prz elemanlar ve kanatklar kullanlmakta olup,

daha etkili sonular elde edebilmek iin birden fazla iyiletirme tekniinin kullanld

almalarda yaplmtr. rnein, spiral kanatk kullanmyla bir taraftan akm

dndrlrken dier taraftan da s gei yzey alan artrlrken, kanatklarn

geometrilerine ve tasarm parametrelerine gre akm alan ierisindeki trblans

iddetinin de artrlmas sz konusudur.

Dz boru, i yzeyi kanatkl boru, i yzeyinde farkl geometrilerde yerletirilmi kt

cisimler iin deneysel ve teorik birok anlamda alma yaplm olmasna ramen

literatrde bir kanal boyunca nemli havann s transferine etkisi konusunda ok az

sayda deneysel bilgi mevcuttur.

Yaplan bu almada, laboratuarmzda bulunan P.A. Hilton Ltd. Air Conditioning

Lab.Unit Seri No: A574/62578 numaral klima cihaznn kna hz dzenleyici olarak

cihaz

k

genileyen ve sonra sabit genilikte test blgesine bal

pleksiglassdanyaplan bir difzr ve onun ucuna da ap 0,144 m ve boyu 1,5 m olan d ksm

yaltml yine pleksiglass boru monte edilmitir. lk olarak nem oran klima cihaznn

ayarlanabilir aral olan %1340 aralnda ve 500015000 Re saysnda test edilmitir.

Zamana baml sv kristal yntemi kullanlarak yaplan testler CFD kodu FLUENT

6.1.22 ile karlatrlmtr. CFD programnda standart k- model seilmi olup

reaksiyonsuz species transport model kullanlarak, termal etkenler dikkate alnarak

yaplmtr. Bu alma ile bylece deneysel ve teorik olarak nemin etkisinin kanal

ierisindeki akta s transferine ve basncna etkisi incelenerek literatre katkda

bulunulmaya allmtr.


19/143

4

Hazrlanan tez, genel itibariyle be blmden olumaktadr. 1. Blmde konuyla ilgili

genel bilgiler, 2. Blmde literatr, 3. Blmde deneysel ve saysal alma

mukayesesi, 4. Blmde de deneysel alma artlar dnda istenilen parametrelerleyaplan saysal almalar yer almaktadr. Son blmde ise yaplan almalarn

deerlendirilmesi ve irdelenmesi gereklemektedir.


20/143

2.BLMLTERATR ARATIRMASI

2.1.Yaplan almalarIs transfer miktarn artrmak, eitli parametrelerle nasl etkilendiini gzlemlemek ve

s geiinin iyiletirilmesini salamak amacyla literatrde ok sayda alma

yaplmtr ve yaplmaktadr. Kanatk veya prz eleman gibi yzeylerde ilave

elemanlarn kullanld boru ve dikdrtgen kesitli kanallar, dzgn yzeyli ve

kanatkl konsantrik kanallar, yatay ve eimli kanallar, kanal boyunca nemli havann

etkisi konusunda yaplan almalar sunulacak ve literatr aratrmasnn son ksmnda,

sv kristal kullanlarak s gei karakteristiklerinin belirlendii almalar

anlatlacaktr.

Rowley ve Patankar [3], i yzeyinde evresel olarak dikdrtgen kesitli kanatklar

bulunan borularda laminer akmdaki akm ve s geiini saysal olarak incelemilerdir.

Bu almalarnda farkl geometrilerde Prandtl ve Reynolds saylarnda, dk Prandtl

deerinde yzey alanndaki genilemeye ramen, ak yapsnn kanatklar nedeniyle

bozulmasna bal olarak boru cidarndan olan s geiinin azaldn ve Pr = 5

deerinden sonra art olduunu belirlemilerdir.

Sethumadhavan ve Rao [4], i yzeyinde akm ynnde farkl eimlerde tekli ve oklu

spiral engeller oluturulan bir dairesel kanalda, trblansl akmdaki s ve akm

karakteristiklerini deneysel olarak belirlemilerdir. Kullanlan bu spiral engellerin, akm

ve geometrik parametrelere bal olarak s geiini %30100 orannda, srtnme

faktrn ise %30200 orannda arttrdn tespit etmilerdir.

Ling vd. [5], sabit yzey scaklklarna sahip, alt ve st yzeylerinde, kesiti ikizkenar

dik gen olan engellerin bulunduu kare kesitli bir kanaldaki s geiini ve basn

dmn deneysel olarak inceledikleri almalarnda; farkl Re saylarnda, engel


21/143

6

yksekliklerinde ve admlarnda gen kesitli engellerin kullanld kanaldaki s

geiinin, dzgn yzeyli kanaldaki s geiine gre 1/2,3 orannda arttn, buna

karlk basn dmnde ise 1/10 orannda art olduunu tespit etmilerdir.

Kuvvet ve Yavuz [6] almasnda ayn eksenli yatay iki silindirin oluturduu halka

aralklardaki bir akmda i silindir yzeyindeki zorlanm tanmla s geii deneysel

olarak incelenmilerdir. Sv kristal yntemi kullanlarak yerel ve ortalama s tanm

katsaylar elde etmi ve deneyleri, 0,05, 0,667 ve 0,778 olmak zere farkl ap

orannda ve 700035000 Re says aralnda gerekletirmilerdir. Elde edilen veriler

literatr deerleriyle karlatrlm ve ortalama Nu says iin ap oranna ve Re

saysna bal olarak bir bant gelitirmilerdir.

Labbe vd. [7] taban yzeyine kare kesitli engellerin yerletirildii dikdrtgen kesitli bir

kanal ierisindeki ak ve s geiini saysal olarak incelemilerdir. Engeller, kanal

giriinden, engel yksekliinin dokuz kat aralklarla yerletirilmi olup, boyutlu

zmler gerekletirilmitir. almada, engeller nedeniyle oluan ve akm ynnde

byyerek ilerleyen girdaplarn, yzeyden itibaren, akm ierisindeki hz ve scaklk

gradyanlar

n

art

rarak

s

geiini iyiletirdiini tespit etmilerdir.

Huq ve Aziz-ul Huq [8], i yzeyinde evresel olarak e dalml sekiz adet eksenel

kanatk bulunan trblansl bir boru akndaki s gei karakteristiklerini deneysel

olarak inceledikleri almalarnda, s gei katsaysnn kanatksz boru akna gre

%97112 orannda arttn belirlemilerdir.

Braga ve Saboya [9], i yzeyinde akm ynnde kesintisiz devam eden dikdrtgen

kesitli kanallar

n kullan

ld

konsantrik bir kanalda, trblansl

ak

durumundakiortalama s gei katsaylarn ve srtnme faktrlerini deneysel olarak belirlemilerdir.

Aratrmaclar ayrca, ayn geometrik ve akm artlar iin iki boyutlu s transferinin

saysal olarak analizini gerekletirerek kanatklarn etkinliini hesaplamlardr. Bu

almada kanatk kullanm nedeniyle s gei yzey alannn 6 kat artmasna karlk,

kanatklar nedeniyle akm ierisindeki trblans karmnn azalmasna bal olarak

Nu saylarnn azald tespit edilmitir.

zsunar vd. [10], yatay dikdrtgen kesitli en/ykseklik oran (EYO) 10 olan bir kanalda

laminer kark konveksiyon artlarnda s transferi ile hz ve scaklk dalmlarn


22/143

7

Saysal Akkanlar Dinamii (SAD) yntemi kullanlarak incelenmitir. Kanal alt

yzeyi niform s aksna maruz, yan yzeyler yaltml, kanal st yzeyi ise d

ortamdaki akkana maruz braklmtr. Problemi tanmlayan temel korunumdenklemleri saysal olarak zlm ve elde edilen sonular, daha nce yaplm

deneysel sonularla karlatrlmtr. SAD analizi ile elde edilen scaklklarn

kullanlmasyla, yerel Nu saylar hesaplanmtr. Yerel Nu says sonular, deneysel

lmlerle karlatrlm ve uyum iinde olduu bulunmutur. Kanal iindeki

aklarda kaldrma kuvveti etkili ikincil ak ve kararszln balangc ile ilgili sonular

ayrntl birekilde incelenmitir.

Dadekin ve ztop [11], i ie yerletirilmi borularda laminer ak ve s geiini

saysal olarak incelemilerdir. Yrttkleri bu almada, iki boyutlu Navier-Stokes,

sreklilik ve enerji denklemlerini, sonlu hacim yntemi ve literatrde yeni bir algoritma

olan SIMPLEM algoritmasn kullanarak zmlerdir. Re saysnn 100, 500 ve 1000,

Pr saysnn 0,1, 0,7, 7 ve 10 deerleri iin gerekletirilen hesaplamalarda hz dalm,

girdap, akm izgileri, basn dalm ve yerel Nu says deiimlerini elde etmilerdir.

Yap

c

vd. [12], al

malar

nda mhendislik uygulamalar

nda nemli yeri olan d

ar

danstlan boruda zorlanm konveksiyonla oluan s transferini incelemilerdir. Bu

almada, analizler iin gelimi laminer zorlanm konveksiyonla s transferinin,

niform ve niform olmayan duvars aksna sahip boruda, radyal ve eksenel ynde s

iletimi ve sl gerilimi incelemilerdir. Bu analiz, iki boyutlu zamana bal s iletimi

denklemi ve sonlu farklar yntemi kullanlarak akan sv iin laminer snr tabaka

denklemi zerine kuruludur. Sv olarak su kullanlmtr. Nmerik hesaplamalar

Fluent 4.5 ve Heating 7 bilgisayar program kullanlarak gerekletirilmitir. Uniform

ve uniform olmayan s aks uygulamasyla d yzeyden stlan, borunun i

duvarndaki scaklk ve gerilim oran dalm, iki farkl ana ak hzyla

gerekletirilmitir. Borunun iinde akan akkann scaklk dalm btn incelenen

durumlar iin gerekletirilmitir.

Christopher ve Guo [13], ortalama Nu saysn, hava ve nem karm ieren bir akta

Re says 20007000, scaklk 300den 700e ve nem oran 0,220,54 iin lmlerdir.

Sonular 3 tpn aka dik ynde yerletirilmesi ile ayn artlar iin sunulmutur.Konveksiyon katsaynda nem ve scakln etkisi, tp evresindeki s transferindeki Nu


23/143

8

says formln gelitirmek iin aratrlr. Sonular gstermitir ki nem oran arttka

Nu says artar. Nu says, byk scaklk ve nem orannn her ikisini de kapsayan ortak

amal varyasyonlara bal olarak, Pr says ve s iletim katsaysn ieren denklemlerleilintilidir.

2.2.Is Tanm Katsaysnn Belirlenmesi

Is gei hesaplarnda h, s tanm katsaysnn belirlenmesi en zor problemlerden

birisidir. Bu katsay 5 farkl yntemle belirlenebilir, bunlar; deneysel olarak, entalpi

yntemiyle, ince cidar yaklamyla, kondksiyon zm yntemlerinden biriyle ya da

son yllarda en ok tercih edilen sv kristal yntemiyle belirlenebilir [14].

2.2.1.Entalpi Yntemi

Bu ynteminde;

( )gp TTCmQ =.

(2-1)

Bants akkana gelen toplam s hesaplanmaktadr. Bu bantda, Tg akkan giri

scakln, T akkan k scakln, m akkann ktlesel debisini, Cp akkann sabit

basntaki zgl ssdr. Ortalama h s tanm katsays aadaki formlle hesaplanr;

mTF

Qh

=

(2-2)

Bu formldeki Tm cidarla akkan arasndaki logaritmik scaklk farkn, F yzey

alann ifade etmektedir. Logaritmik scaklk fark da aadaki bantyla

hesaplanmaktadr.

ac

agcg

agcgm

TT

TT

TTT

=

ln

)((2-3)


24/143

9

2.2.2.nce Cidar Yaklam

Is tanm katsaylarnn hesabnda kullanlan yntemlerinden biri olan ince cidar

yaklamnda cidar kalnlnn sl direnci ihmal edilmekte, sisteme verilen toplam s

QT, elektriksel olarak llmekte, kalibrasyonla sistemden evreye olan s kayb

belirlenmektedir. Sisteme verilen s ile kalibrasyonla belirlenen kayp s arasndaki

fark akkana geen sdr ve aadaki gibi hesaplanmaktadr.

...KQTQAQ = (2-4)

Bu s miktar ayn zamanda Newtonun souma kanunu kullanlarak;

)( aorcoA TTFhQ = (2-5)

eklinde belirlenmekte, (2.4) ve (2.5) bantlarnn eitliinden ortalama s tanm

katsays tespit edilmektedir. Burada, Tco cidar scaklklarnn ortalamasn, Taor

akkann ortalama scakln gstermektedir. Bu yntemde, yerel s tanm katsaylar

belirlenmek istendiinde birim yzeyden geen s (QA/F) sabit kabul edilmektedir.

2.2.3.Kondksiyon zm Yntemi

Bu yntemde deneysel olarak tespit edilen snr artlar kullanlarak scaklk alan

saysal olarak bulunur. Daha sonra bulunan scaklk alanndan yararlanarak saysal trev

alma yntemiyle yerel s aklar hesaplanr. Girite llen akkan scakl yerel s

tanm katsaylarnn hesabna olanak salarken, kta llen akkan scakl

yaplan hatalar hakknda yaklak bir fikir verir [15].

2.2.4.Sv Kristal Yntemi

Is tanm katsaylarnn hesaplanmasnda son yllarda zellikleAvrupa ve Amerikada

s transferi almalarnda kullanlmak zere scaklk lmleri iin sv kristal teknii

gelitirilmitir. Sv kristal maddesi kimyasal bir karmdr ve incelenecek yzeye ince

bir film eklinde pskrtlr. Yzeyde kuruduktan sonra akm ynnde scaklk

lmlerine olanak salar. Sv kristal, yzeyin scaklna gre renk deitirmektedir,

bylece elde edilen renklere gre yerel scaklklar llebilir. Scaklk-renk tepkimesi

bir kamera ya da fotoraf makinesiyle grsel olarak kayt altna alnabilir.


25/143

10

Sv kristal kullanlaraks tanm katsaysnn belirlenme prosedrne bal olarak sv

kristal yntemi stc kaplama yntemi, niform kaplama yntemi ve zaman baml

farkl yntem olarakstlm cidar scaklnn zamanla deiimi, kanal ekleme tekniive rterek stma yntemi be farkl ekilde uygulanmas sz konusudur. Sv kristal

kullanlaraks gei karakteristiklerinin incelendii bu almada kanal ekleme teknii

kullanlm olup, yntemin s tanm katsays hesap prosedr Blm 3.2de

verilmitir.

Birok aratrmac; scaklk grntlemede sv kristal tekniinin uygulann, sv

kristal malzemenin yapsn, zelliklerini, gruplandrlmasn, kalibrasyonunu, nitel ve

nicel lm sonularn, eitlerini, kullanmnn avantajlarn ve kullanm snrlarn

anlatan raporlar hazrlamlardr [16, 17]. Sv kristal scaklk tespitinde ve akn

grntlenmesinde kullanlmtr. Baz almalarda sv kristalin zellikle elektrik

alannda kullanlmas incelenmitir. rnein; baz mikro devrelerde, oklu tabaka devre

kartlarnda, yar iletken cihazlarda ve dier elektronik bileenlerde zellikle souma

karakteristiklerinin tespitinde bir scaklk lme teknii olarak likit kristal bileenlerinin

kullanl aratrlmtr. [18, 19].

Yine baka bir almada, yzeyden s akn kontrol etmenin bir yolu olarak da likit

kristal yntemi kullanlmtr [20]. Bu almada elektriksel alandan dolay konvektif

hareket olumas durumunda ortaya kan fiziksel olay ele alnm ve incelenmitir. Bir

baka almada ise [21]; tanmla s transferine sv kristal tekniinin uygulanmas ve

etkisini incelenmitir. Sz konusu almada sv kristal kullanlarak, zorlanm

tanml bir ortama yerletirilmi olan stlm nesnelerden elde edilen s transferinin

ve akkan aknn nitel ve nicel grnt tespitleri yaplmtr.

Sv kristalin dier bir geni kullanm alan ise yzeye arpan jetler olmutur. Richards

& Richards [22], buharlamakta olan su damlacklarnn kuru hava jetine maruz kalmas

srasndaki anlk soumay inceledikleri almalarnda sv kristali kullanmlardr.

Goldstein ve Timmers, [23] tarafndan yaplan deneysel almada tek veya ok sral

jetlerin dz bir levha zerine normal ynde arpmas halinde yerel s transfer

katsaylarn bulmak iin yine aynekilde sv kristalle grnt teknii kullanlmtr.

Bilen ve arkadalar [24], yaptklar deneylerinde uzun bir borudan kan trblansl


26/143

11

dnel hava jetinde; sv kristalden faydalanarak yerel scaklklar eitli jet as ve Re

deerlerinde lmlerdir.

2.3.Sv Kristalin Yaps

Doada baz organik maddeler, kat, sv ve gaz faznn dnda drdnc bir faz zellii

gsterirler. Bu faz durumunda; bu tip maddeler kat ve sv zelliklerinin bir karmna

sahiptir. 1988 ylnda ilk olarak Avusturyal Botanist F.R. Reinitzer, cholesteryl

benzoate adl organik maddenin, atmosferik basnta ve 145C scaklkta aniden kat

fazdan bulank bir svya dntn ve scakln artmas ile bu bulank svnn 178C

scaklkta aniden berrak bir svya dntn gzlemlemitir. 1990da Gatterman p-

azoxyanisole ve p-azoxyphenetole adl maddelerin de ayn davran gsterdiini

aklamtr. Bir sre sonra Alman fiziki O. Lehmann, bulank grnml ara fazn,

cholestryl benzoate kristale benzer moleklsel yapya sahip alanlar ierdiini

gstermitir. Bu bulank svlarda dikkati eken baz zellikler vardr. Bunlar dier

svlar gibi akc olup bulunduklar kabn eklini almalarna karlk, kat kristaller gibi

polarize kta ift krlma zelliine sahiptir ve giriim renkleri verebilmektedir. Hem

kat hem de sv zellikleri ayn anda tadklarndan bunlara termokromik sv (likit)kristal ad verilmitir (Bundan sonra termokromik likit kristal yerine TLC ksaltmas yer

alacaktr).

TLC in ara fazna mezomorphic faz veya sadece mezophaze denir. Bu ara faz belli

organik bileikler iin karakterize edilir. Bu ara fazda molekller dizili olmalarna

ramen hareketlidir. Ara fazn farkl eidi vardr. Bunlar: scmectic, nematic ve

cholesteric. TLC, zerine gelen a karlk spektrumdaki renkleri srayla gsterir.

ou karmlar, scaklk artt zaman renksizlikten, krmz renge dnr ve yksek

bir scaklkta tekrar renksizlie dnmeden evvel spektrumundaki renkleri pe pee

gsterir. Renk deiiklii tersinirdir, yani souma srasnda stmada olduu gibi TLC

renklerini bu sefer de tersten balayarak gsterebilir. Scakla gre sadece tek bir renk

gsteren karmlar da yaplabilir. TLC in -30C ile 100C arasndaki scaklk araln

kapsad belirtilmitir [25].

Netice olarak TLC; saf kat ve saf sv fazlar arasndaki bir maddenin termodinamikfazdr ve belirli artlar altnda baz organik bileenlerden ortaya kar. TLC in grnr


27/143

12

yanstmaya balad scaklk (ksaca olay scakl denilebilir) altndaki tm

scaklklarda TLC kat halde olacaktr ve saydam olarak grnecektir. TLC olay

scaklnda iken beyaz kla aydnlanan ve sabit optik artlar altnda grntlenenTLC malzemesi grlebilir n (yani rengin) edeer olmayan dalga boylarn

yanstacaktr. TLC in erit genilii boyunca scaklk artt zaman TLC in yansyan

rengi de deiecektir. Son olarak, scaklk TLCin netlik-noktas scakln (TLCnin

grnr yanstmay durdurduu noktadaki scaklk) aarsa, malzeme saf sv haline

geer ve tekrar saydam hale geri dner. Bu zellik seici yansma zelliidir (TLC

scaklnn bir fonksiyonu olarak n zel bir dalga boyunun krlmas) ve ou

TLClerde hem

s

tmada hem de soutmada ok az hatayla ortaya

kar.

2.3.1.Sv Kristal Kullanlarak Yaplan Baz almalar

Sv kristaller, sv ve kat kristal molekl yaplarnn her ikisine de sahip zel organik

maddelerdir. Bu maddenin mhendislik alanndaki uygulamalar 1964 ylndan beri

yaplmaktadr [26].

Baughn ve Shimizu [27], niform s akmna sahip bir yzey ile arpan bir jet

arasndaki s gei karakteristikleri belirlemek iin bir alma yapmlardr. Bu

almada yzeydeki edeer scaklk dalmlarn ve buna bal olarak edeer s

tanm katsaylarn belirlemek iin sv kristal tekniini kullanmlardr. Deneysel

almada, test yzeyi vakum ortamnda ok ince elektrik yaltm ve altn tabakas ile

kaplanm ve elektrikle stlan bu altn kaplamann en st yzeyine de sv kristal

srlmtr. Yzeyin D apnda, Z mesafesinde ve 90 konumunda ki evre scaklnda

gnderilen hava jeti ile soutulmasnn ardndan, yzeyde oluan sv kristal renk

oluumlarn kullanarak Re = 23750 deeri iin farkl huzme mesafelerindeki radyal

yndeki Nu says deiimlerini belirlemilerdir.

Akino vd. [28], sv kristal uygulamalarnda insann renk alglama hissini devre d

brakmak ve buna bal hatalar gidermek iin renk oluumlarn kaydetmede kullanlan

kameraya optik bir filtre eklemilerdir. Siyah beyaz bir kamera ile balantl olan optik

filtre, lmde kullanlan rengi geirecekekilde ayarlanmam ve bylece s geiinin

incelendii yzeyde edeer scaklk dalmlar ok daha salkl bir ekilde elde


28/143

13

edilebilmitir. Filtre kullanmnn etkisinin incelendii almada, stlm bir yzeye

bitiik bir silidir etrafndaki s gei karakteristikleri belirlenmitir.

Baughn ve Saniei [29], dikdrtgen bir kanal ierisine akma apraz olarak yerletirilen

silindirik bir eleman yzeyindeki s gei karakteristiklerini belirlemek istedikleri

almalarnda, s gei karakteristiklerine niform s akmn ve scaklk artndaki

deerleri belirlerken sv kristal maddesini kullanmlardr.

Baughn ve Yan [30], apraz kare borulardaki yerel s transfer lmleri iin bir alma

yapmlardr. lmler, likit kristal ve geici metot kullanlarak ekleme tekniiyle

yaplmtr. Bu teknik kanaln nceden stlm blmnden sonuna kadar yerlemiakn evrelenmi scaklyla ana bir ekleme ierir. Eklenmi blmn yzeyindeki

geici scaklk, termografik likit kristal ve resimlerle video ile kaydedilerek llmtr.

Re says kare kanaln apna bal olarak 15.00018.000 aras deimitir. Kanal

boy/ap=0,0625 ve sklk/boy=10 olan kare paralar ihtiva eder. Kare paralar da dahil

olmak zere detayl s transfer dalm d hat ve 3 boyutlu olarak gsterilmesi elde

edilir. Nu says kare parann en stnde ykseks transferi olduunu ve kare parann

aa

ak

m

n

n yakla

k 4 kare paran

n yksekliindeki bir blgede olduunu gsterir.Kare paralar iin ortalama Nu says alan hzl termal gsteren pozisyonlarndan

bamsz olduu bulunmutur (x/d=2,5dan byk).

Przsz bir kanalla karlatrlnca, s transfer artnn kare para tarafnda yaklak

2,0 ve przsz tarafta ise yaklak 1,5 olduu ortadadr. Bu almann sonucunda iki

kart duvarda kare parack aralklar p/e=10(sklk/boy) olan parackl kare kanalda,

Nu says dalmnn parann en stnde daha yksek s transferi olduunu gsterir.

Is transferinin przsz borudan, kare parack tarafndan 1,892,06 kez yksek olduu

ve przsz tarafndan da 1,531,57 kez yksek olduu bulunmutur.

Baughn, Yan ve Roby[31], borularda gl s transfer lmleri iin likit kristalle

geici metot kullanarak ekleme tekniinden faydalanmlardr. Yaplan bu alma

teknik olarak borunun ateleme ve son ksmndaki ani gei noktalarna eklenen ve

evresel s dolamndan kurulu bir dzenekten oluur. Eklenen blmn d ssnn

llmesinde kullanlan termografik likit kristallerin renk deiiklikleri bir video kayt

sistemiyle kaydedilir. Bu teknik borunun akntya kar termal snr durumunun ve

hidrodinamiinin kontroln salayan geici deiim metodu olarak tanmlanabilir.


29/143

14

Borularn i ksmlarnda yerel s transfer katsaylarnn lm ile elde edilen veriler

s transferinin artrlmasnda nemli lde fayda salamaktadr. nk bu ilemlerin

yaplmasyla s transferini arttrmak ok daha mmkndr. Bu veriler akkanhareketinin daha iyi salanmas iin nemlidir, rnein (ayrma, birleme, balanma ve

dolam alanlar gibi konularda ) bir bakma akkan gzlemeyi salamaktadr. Scak

noktalarn ve termal stresin tanmlanmasna da yardmc olmaktadr. Scak noktalar ve

kirlenme, akkann seyrini etkiler ve borularda s transferinin nemli lde

azalmasna yol aar.

ayet deiik geometrilerdeki borularn geometrilerine gre etkileri, lokal s transfer

verileri ve datm verileri bilinirse, dk basn ve kirlenme karakteristiklerinin ters

etkisi olmadan s transferini salayan geometrik yaplarn tasarlanmas mmkn olur.

Lokal s transfer katsaylarnn lm ayn zamanda yksek s transferini artrmada

tahminlerin doru datalarla hesaplanmasn salar.

Yeterince zor olan lokal deerlerin lmleri ounlukla borularda ortalama s transfer

katsaylarnn birden ok deneyin yaplmasyla elde edilmektedir. Bulunan bu deerler

bu deer

s

transfer katsay

s

n

n ortalamas

n

n elde edilmesini salar ve ayr

ca

s

duvarnda enerji dengesinin salanmasnda kullanlr.

Likit kristalin geici olarak kullanld bu teknikle s transferi datm haritalarnn

karlmasnda mitleri glendiren bir yntemdir. Bu teknikte s transferinde borularn

i duvarlarnn termal snr ve akkana kar hidrodinamiinin kontrol edilmesi zordur.

Bu ise lokal s transfer katsaysnn s transferi ve akntya kar hidrodinamie bal

olmasndan dolay problem tekil eder. Duvars dalmlarnn deiim basamaklarnda

akkana kar hidrodinamik durumunun bu teknikle beraber belgelenmesiyle

mkemmel bir kontrol salanm olmaktadr. Lokal s transfer katsaylar termal giri

alan ve ssal yaylm alanlarnda llebilmektedir. Kare ve dairesel borular ile yivli ve

dz borulardaki s transfer katsaylarnn llmesi tekniinin kullanlmas almalar

rneklerle sunulmutur. Dz ve dairesel borular iin Nu katsays bantlarda nemli

bir bilgidir. Bu katsay lmlerin doruluunu kontrol etmede kullanlr. Zira dz ve

dairesel borularda lokal s transfer datm ile ilgili ok az bilgi bulunmaktadr.

Yaplan bu almada sonu olarak termal snr durumu ve akkana kar

hidrodinamiin kontrolnn mkemmel bir ekilde salanmasnda borularn i


30/143

15

yzeylerindeki lokal s datm katsaysnn haritasnn elde edilmesi gl bir teknik

olarak kantlanmtr. Pleksiglass duvar maddesi kullanlarak eitleri imal

edilebilmektedir. Bunlar deiik taban dzenekleri, yivli ekilde, spiral flt tp vedairesel borularn imalatnda da kullanlmaktadr. Farklekillerle gl ve iyi borularn

tasarm mmkndr. Geometrilerdeki deiimin etkisi s transferinde kirlilikteki art

ve dk basn ile tanmlanmaktadr. Bu metotla elde edilen sonular, dz borulardaki

s transferleri bants ile silindir dz borular ve dz kare borular iin elde edilen

lmlerle karlatrldnda tamamen uyumlu olduu grlmektedir.

Yivli borular iin elde edilen sonular yksek s transfer alanlar ve akkann

anlalmasna yardm eder. Bunlar yivli borulardaki termal geliimin dz

borulardakinden daha ksa mesafede elde edilmesine olanak salar.

Baughn [32], sv kristal kullanlarak s geiiyle ilgili yaplan almalar dikkate

alarak, s tanm katsaysnn belirlenme prosedrne gre bir snflandrma yapmtr.

Istc kaplama yntemi, zamana bal farkl yntem olarak stlm cidar

scaklnn zamanla deiimi, kanal ekleme teknii, rterek stma yntemi ve son

olarakta niform kaplama yntemidir. Bu al

mada, yntemlerin her biri ayr

ayr

ksaca tantlarak yntemin kullanld almalardan rnekler verilmi, yntemlerin

kyaslamas yaplarak birbirlerine gre avantajlar ve dezavantajlar sunulmutur.

Campbell ve Molezzi [33], trbin soutma blmnde ki s transfer lmlerinde sv

kristal termografisi kullanarak bir alma yapmlardr. Geen birka yl, TLC

termografisinin, nicel scaklk lm teknikleri kadar yaral olarak ilerlediini gsterir.

Birok slah literatrde tartlmtr fakat birka gaz trbini s transfer probleminde

dorudan uygulanmaktadr. Bu almann amac ise kolay kullanml, dk maliyetli

gelimi tekniklerin en iyisini ilerlemiini birletirerek ilerleyen gaz trbin geliimleri

iin hzl ve tam s transfer katsaylarn doru olarak salamaktr.

Lee vd. [34], erisel bir yzeye tam gelimi silindirik kesitli jet ak arpmas

durumundaki trblansl ak ve s geii lmlerini gerekletirdikleri almada,

akkan ile yzey arasndaki yerel s tanm katsaylarn sv kristal kullanlarak, stc

kaplama yntemi ile belirlemilerdir.


31/143

16

Hacker ve Eaton [35], farkl snr koullarnda bir engel arkasnda, akn yzeyden

ayrlmas ve tekrar yzeyle birleimi srecindeki s gei karakteristiklerini

belirledikleri almada yzey scaklnn deiimini belirlerken sv kristal maddekullanmlardr.

Ireland vd. [36], sv kristal kullanmndaki gelimeleri irdemek zere trblansl s

geii ile ilgili lmler yapmtr. A formunda stc kullanlarak yaplan

almalardan rnekler sunularak bu tip stc kullanlmasnn lmlere katksn ve

video kamera ile kaydedilen grntlerin bir sonlu elemanlar programyla saysal

verilere dntrlerek hesaplamalardaki hata oranna katksn belirlemilerdir.

Song vd. [37], eik bir yzeyle arpan jet arasndaki trblansl ak ve s geii

karakteristiklerini incelemilerdir. almada sv kristal yntemini yerel Nu saylarn

belirlemek iin kullanmlardr.

Yan ve Owen [38], sv kristalle geici s transfer lmlerindeki belirsizlikler zerine

bir alma yapmlardr. Termografik likit kristal (TLC)in zellii, belirlenmi bir alan

zerinde renginin deimesidir. Ksa band TLCde deiim scaklk alan 1C civarnda

ve bu scakl lmede tipik belirsizlik yaklak 0,1Cdir. Geni band TLCde alan

10C ve st ve belirsizlik dar alanla kyaslandnda daha byktr.

Is transfer h, aadaki formlle hesaplanr;

aww

w

TT

qh

=

(2-6)

Burada qw yzeyden ak

kana

s

transferi, Tw duvar ya da yzey s

cakl

Taw iseadyabatik duvar scakldr. Baz durumlar iin Taw bilinir ya da varsaylr. Mesela dz

yzeyde ak iin Taw, doal akmn toplam scaklna eit saylr. Taw bilinmedii

zaman deneysel olarak bulunur.

TLC kullanlan s transfer deneyleri sabit ya da deiken durumda kullanlr. Burada

deiken durum kullanlmtr. Mesela, ksa band TLC ile kaplanm, zayf termal

iletken madde olan akrilik plastikten yaplm olan bir test paras, scakla kar

ayarlanmtr. Rzgr tnelinde tipik bir deneyde, test paras hava scaklnn basamak

deiimine yerletirilmitir. TLC deiken scakla ular ulamaz, renk deitirecektir.


32/143

17

Geie ne kadar ksa srede ularsa o kadar yksek s transfer katsays oluur.

Yzeyin video kayd, deien scakla bal olarak d hatlarda renklenme gsterir,

hn ykseinden alana doru hareket eder. Balang scakln bilerek, deienscaklk ve zaman geie ulamay gerektirir.

Bu almann sonucu olarak yan balangl yzeyler iin Fourier denkleminin

basamak deiimi sonularnn kullanm, Ph, hdaki belirsizlikler ve Taw ve llen

scaklklardaki rasgele belirsizlikler iin analitik deyimler retilir. Bu deyimler Monte

Carlo metodu kullanlarak elde edilen deerlerle hesaplanarak iyi bir ortak yol bulunur.

2.3.2.Sv Kristallerin Snflandrlmas

TLCler ticari olarak piyasada iki eitte bulunmaktadr. Birincisi; kendinden

yapkanl, saysal gstergeli eritler, ikincisi ise zel kaplarda saklanan sv kristal

malzemedir. zellikle erit eklindeki bir TLCnin renk-scaklk tepkimesi TLC retimi

esnasnda retici tarafndan verilen TLC formlasyonu ile kullanan erkes tarafndan

kolayca anlalacak ekilde aklanabilir. Bir rnek verilecek olursa ; R30C5W sk

kullanlan bir TLC formlasyonudur. R30C nin anlam krmz renk (R=red) olay

scaklnda yani 30Cde balyor demektir. 5W mavinin balama scaklnn,

krmzdan 5C yukarda olduunu gsterir bu da kullancya erit araln formllerden

kolayca belirlemeyi salar. Dar-eritli TLC formlleri 1 ya da 2Cnin altnda erit

geniliine sahip iken, geni-erit formlleri 5C ile 25C arasnda erit geniliine

sahiptir [16].

TLC den yararlanlrken iyi sonu alabilmek iin dikkat edilmesi gereken 2 nemli

konu vardr; birincisi; eer TLC, evre havas etkisinden korunmam ise kirlenmesisonucunda yaps deiebilir. kincisi TLC ara fazda, yani mezophazede ise sv

haldedir ve sv olan bu maddeye toz zerrecikleri kolayca yapabilir, bu da TLCin baz

zelliklerini etkileyebilir. Bu iki nedenle TLCin her iki etkiye kar ok iyi korunmas

gerekir. Bu etkilerle mcadele etmek iin ise iki retim teknii gelitirilmitir. Bunlar

mikro kapsller ve polimer dalmdr.

Mikrokapsller (ME): 1970li yllarn balarnda National Cash Register irketi

aratrmaclar mikro kapsll TLC tekniinin gelimesine nclk etmilerdir. Mikro

kapsl, ham TLC malzemesini 510 mikron aplarnda kapsller ierisinde sararak


33/143

18

koruma yntemi olup su esasl tutkal malzemenin iinde asl duran mikro kapsll

TLC formulasyonlar neredeyse tm uygulamalarda kullanlabilir. Mikro kapsl

yntemi kimyasal kirlenmeye karlk olduka iyi bir diren salar. Bununla birlikte iyibir radyasyondan korunma yntemidir. TLC den gelen yansyan n ar inceltilmesi

ve tutkal ile mikro kapsllerin birbirinden ayrlmas gibi problemler oluabilecei iin

ME-TLCleri hazrlarken ve uygularken dikkatli davranmak gerekmektedir.

Polimer Dalm (PD): Bu retim ekli TLC malzemesinin srekli dkm veya

tabakalama retimini kolaylatrmak iin aratrmaclarn gelitirdikleri bir yntemdir.

Yntem; kimyasal olarak saf manomer esasl TLC malzemesini kat polimer esasl

matrikse datr. Bu yntemin bir dier faydas da TLC den yansyan n gerekte

effaf olan polimer malzemesinden dolay daha az incelmesidir. Ancak PD-TLClerin

kullanm 2 nedenden dolay snrldr:

Pskrtmeli ortamlarda kullanl uygun deildir, yalnzca dzlem yzeylerde

kullanlabilirler. mal edilen levhann kesilmi bir ksm kullanld zaman kimyasal

kirlenme PD-TLC yzeyini bozacandan dolay oluan ke etkileri PD-TLClerin

kullan

m alan

n

s

n

rlar.

2.3.3.Scaklk Grntleme Teknikleri

TLC ler ile scaklk llmesi iin iki yntem vardr. lk yntemde; TLC cisim zerine

srlr ve cisim zerindeki scaklk dalm grnr hale gelir. D etkilerden

etkilenmemesi iin srlen TLCin zeri polivinil alkol ile kaplanr. Bu ynteme dayal

ve firmalar tarafndan gelitirilmi kendinden yapkanl saysal gstergeli TLC eritler

deiik yerlerde kolayca kullanlabilirler.

TLCli ikinci yntemde; cisimlerden yaylan kzl tesi nlar, TLC ile temasta olan ve

kzl tesi nlar absorbe eden bir levha zerine drlr. TLC ksmnn gzlenmesi

ile cismin scaklk profili rahata izlenebilir. Scaklk kontroll bir hacmin iki

tarafndaki pencereden biri kzl tesi nlar geirebilen malzemeden yaplmtr. Dier

pencere ise grnen aralkta k dalga boylarn geiren bir camdan yaplmtr. Bu iki

pencere arasna ve bunlara paralel olarak TLCli eleman yerletirilmitir. Bu eleman,

5 mm kalnlkta polyester bir levhadr. Bu levhann nm den tarafna kzl tesi n

yutan 1 ila 3mm kalnlkta altn veya nikel malzeme, dier tarafna ise 10 mm


34/143

19

kalnlnda TLC malzeme kaplanmtr. Altn veya nikel kaplama ok ince olduundan

arkasndan bakldnda saydam olarak grlebilmektedir. Cisimden gelen kzl tesi

nlar, bu yutucu yzey zerine dtnde oluan scaklk farklar gzlemci tarafndanTLCden izlenebilir [39].

2.3.4.Sv Kristalin Kalibrasyonu ve Renk-Scaklklikisi

Uygulamada; TLCin pskrtlecei yzeye iyice yapmas iin, ierisine retimi

srasnda uygun reine veya yaptrc katlm ise, kalibrasyon ilemi daha da basite

yaplabilir. TLC, iindeki yapkan dolaysyla suda znmeye kar dayankldr. En

azndan kalibrasyon ilemi boyunca suda znme olmaz. Yerel s transfer katsaylarn

hesaplayabilmek iin nce TLCin kalibre edilmesi gerekir. Kalibrasyon ilemi scak su

banyosunda yaplmaktadr. Test rnei iin su banyosuna girecek boyutlarda bir plaka

seilir. Ksa srede kararl konuma geilmesi istenilirse, s iletkenlii iyi olan bakr

plaka seilmesi uygun olacaktr. Kalibrasyon ileminde, TLC in renklerinin iyi

izlenebilmesi iin bakr test rnei zeri siyah mrekkep ile kaplanmtr. Siyah zemin

zerine TLC pskrtlm, numune kuruduktan sonra kalibrasyon ilemine geilmitir.

Scak su banyosuna daldrlan test numunesi, suyun snmasna gre kendi renklerinisrayla gstermeye balam ve su scakl, banyonun ve kalibrasyon cihaznn dijital

gstergesinden tespit edilmitir. Renkler bitince TLC zeminin rengi siyah gsterir.

Daha sonra bu ilem scaklk banyosu, soutma ilemine tabi tutularak tekrar yaplr.

Sv kristal ile scaklk lmenin eitli avantajlar ve dezavantajlar vardr. Bunlar

yle sralamak mmkn olabilir:

yi bir hassasiyet,

Hzl lme zaman (0,2 saniyeden daha iyi),

yi tekrarlanabilme,

Tersinir renk gsterebilme,

Kullanmda geni scaklk aral,

Deiebilir renk gsterimi,

Uygulamas kolay,

Esnek ve dzensiz sathlar iin ok iyi uygulanabilir,

Nispeten ucuz,


35/143

20

Renk gsterimi grsel olarak kayt edilebilir,

Saklama mr snrl,

Doruluu (hassasl) kullanan kiiye bamldr.


36/143

3.BLM

DENEYSEL VE SAYISAL ALIMA

3.1.Giri

Bir kanal boyunca kuru ve nemli havada s gei karakteristiklerinin ve nemin s

transferine etkilerinin incelendii bu alma iki aamada gerekletirilmitir.

lk aamada, hazrlanan deney dzeneinde farkl hz, kuru termometre scakl ve nem

oranlarnda ak alannda sv kristal yntemle s transfer katsaylar belirlenmitir.

kinci aamada ise CFD(saysal akkanlar dinamii paket program) kullanlarak ayn

parametrelerde alma saysal olarak yaplmtr.

3.2.Deneysel almalar

Deneysel almalar Erciyes niversitesi Makine Mhendislii Blm Termodinamik

laboratuarnda kurulan deney dzeneinde gerekletirilmitir. Bu almada P.A.

Hilton Ltd. marka deney cihaz kullanlmtr. ekil 3.1de A574 numaral deney

cihaznn fotoraf ve ekil 3.2de ematik resmi verilmitir.


37/143

22

ekil 3.1. klimlendirme Cihaz

TermometreKuru Ya

TermometreKuru Ya

TermometreKuru Ya

TermometreKuru Ya

500 W

500 W

Hava Istc

1 kW

1 kW

Hava Istc

2kW 2kW 1kW

Kurutma

Az

Eik manometre

Termometre

TermometreTermometre

Termostatik

genleme vanas

Buhar

balants

Hz

kontrol

Suborusu

Hava akm

Buharlatrc

Basn lei

Younlama lm Debi lei

Basn lei

Kompresr

kondenseri nitesi

ekil 3.2. klimlendirme Cihazematikekli


38/143

23

3.2.1.klimlendirme Cihaz

3.2.1.1.Cihaz Kullanmnn Amac

klimlendirme cihaz ile atmosfer basncndaki sistemdeki havaya buhar temin edilerek

karmn kzdrc, soutucu ve normal ortamlardan geirilmesi salanabilmeli, kuru ve

ya termometre scaklklarnn llmesi yaplabilmeli ve bunlara bal fiziksel deerler

hesaplanabilmektedir.

3.2.1.2.Tesisat;

ekil 3.2de grld gibi Hilton havalandrma nitesi( filtre ve havalandrma haznesi

hari) bir havalandrma tesisatnda gerekli olan prosesler iinde oluan enerji

transferinin gsterilmesi ve deerlendirilmesi iin dizayn edilmitir.

nite, ierisinde soutma nitesi ve buhar jeneratr de olan tekerlekli bir muhafaza

iine oturtulmutur. Kanal ierisine giren ilenmemi hava srasyla u aadaki

srelerden geer;

Hz kontroll santrifj fan

Vantilatr rotorunda buhar ilave edilebilir.

n stc.

Youan suyun ( tortulu su ) k olan soutucu/kurutucu

Istc

Havann lld kanal az

ve sonuta aadaki bilgiler elde edilir.

eitli proseslerden nce ve sonra havann durumu (ya ve kuru

termometre scaklklarnn llmesi yoluyla )

Her iki stcda, buhar kazannda, vantilatrde ve soutma nitesindeki

enerji dengeleri

Havann ktlesel debisi

Soutucu akkann basn ve scakl

Soutucu akkann ktlesel debisi

Soutucu nitesinde nemin youma (tortulama) hz


39/143

24

Bu bilgiler, hava ve soutucu akkan tabla ve izimleri ile birletirilerek, bir operatrn

havalandrma tesisatnda meydana gelebilecek olaylar tatbik etmesine ve

deerlendirmesine yardmc olacaktr. Bu nite ayrca, sabit akm proseslerindeki enerjitransferlerinin tatbikat ile gsterilmesini amalamaktadr.

3.2.1.3.nitenin zellikleri;

Hava hz : 0.13 m3/sn

n stc : Geniletilmi kanatl elektrik stc 2x1.0 kW (nominal) 220

Vda.

Soutucu : Dorudan genileme, geniletilmi kanatl helezon. Soutma

hz yaklak 2.0 kW

Son stc : Geniletilmi yzeyli elektrikli stc 220 Vta 2x0.5 kW.

Fan : Deiken hzl santrifj 220 V 50 Hzde, 120 w. Fan g girii

normal iletme artlarnda yaklak 72 Wtr.

Buhar kazan (Boyler): Atmosferik basnta alan elektrikli stcl (1x1,0 kW ve

2x2,0 kW). Su seviye kontrol amandral su miktar mw=0.54

kgdr.Soutucu : Hava soutan konderseli hermetik nitedir. Soutucu akkan

R1342 kompresr hz:220 V, 50 Hz de 2700/ 3000 devir/dakya

kadar . Silindir hacmi 25.95 cm3/devir.

Hava akm lm : Eik tp manometreli orifis plakas

Scaklk lm : 300 mm uzunluunda ya ve kuru cam termometreler.

Aa

daki gzlemler ve numune hesaplamalardan da anla

laca

, havaland

rmalaboratuar nitesi, pratik bir havalandrma tesisatnda bulunabilecek hemen hemen

btn proseslerdeki ktle dengelerinin ve enerjilerinin deerlendirilmesi ve slah

tatbikatlarnn yaplmas iin kullanlabilir (yani stma, soutma, nemlendirme ve

kurutma).

3.2.1.4.Teori:

Tanmlama ve terimler;

Kuru termometre scakl(Td): Adi termometrenin gsterdii scaklktr.


40/143

25

Ya termometre scakl (Tw): Adi termometre haznesinin herhangi bir ekilde slak

tutup zerinden 5-10 m/sn lik hava alanna maruz brakldnda llen scaklktr.

Doyma snr veya doymu hava: Havaya muayyen bir maksimum deeri amamak

artyla nem verilebilir. Bu maksimum deere doyma snrdenir. Doyma snrndaki

havaya da doymu hava denir. Bu durumda, Td=Tw olur.

Youma (i ) noktas scakl (T): Ayn barometrik artlar altnda ayn miktar su

buhar ihtiva eden doymu havann scakldr. Bu durumda, Td=Tw=T ve x=sabit olur.

Buhar basnc(Pb): Su buharnn rutubetli hava ierisindeki ksmi basncdr.

Doymu havadaki su buhar basnc (Px): Sabit scaklktaki su buharnn doymuhavadaki ksmi basncdr. Bu basn ayn zamanda o scaklktaki suyun buharlama

basncdr. Bu durumda, T = Ts olup, Ts scaklna tekabl eden su buharnn ksmi

basnc Ps olur.

zgl nem,(x): Birim arlndaki kuru hava iindeki su buhar arldr. Yani

x=Gb/Gh dir.

Mutlak nem: Havann birim hacim ierisindeki su buhar arldr. Pratikte

kullanlmamaktadr. Yani mutlak nem=Gb/V dir.

zafi(bal) nem(): Havadaki su buharnn ksmi basncnn ayn scaklktaki doymu

havadaki su buharnn ksmi basncna orandr. Yani, =Pb/Ps dir.

Nemli havann entalpisi(h): Birim arlktaki kuru havann nemli olarak ihtiva ettii s

miktardr.

Younluk():Nemli havann birim hacminin arldr. Yani =G/V dir.

zgl hacim(): Nemli havann birim arlnn hacmidir. Yani, =V/G dir.

3.2.2.Test Blgesi

ekil 3.3de grld gibi kanal boyunca kuru ve nemli hava akmnn modelinin

oluturulduu test blgesi, d=150 mm ve malzemenin et kalnl 3 mm olan effaf

pleksiglass bir borudan olumaktadr. Hzn niform olmas iin iklimlendirme cihaznn

ucuna 3 kademeli difzr konulmu kademeler arasna hz dzenleyici elekler

yerletirilmitir.


41/143

26

ekil 3.3. Test Blgesi

Test blgesinde sv kristal srl yzey boyunca boru d yzeyini kaplayacak yarm

ay eklinde yaltm malzemesi yerletirilmitir (yaltm malzemesi alnacak grnty

engellemeyecekekildedir.).

3.2.3.Hz ve Basn Bileenlerinin llmesi

Bu tez almasnda hz lm Schiltkneet firmasna ait 200 Pa aralnda alan

cihaz tarafndan yaplmtr.( Bu cihazn kalibrasyon uygunluu TSE ile grlerek

salanmtr.) Hz lm 20 m/snye kadar yaplabilmektedir.

3.2.4.Is Tanmnda Boyutsuz Saylar

Akkanlar mekaniinden bilinen Reynolds says Re, konveksiyonla s transferinde de

en nemli boyutsuz saylardan biridir. Bu say borularda aka dik yndeki uzunluk boru

ap d olduundan;

ud

=Re (3-1)

olarak tarif edilir. U borudaki ortalama hz gstermektedir.

Konveksiyonda kullanlan boyutsuz saylardan bir dieri olan Nu says borular iin;

k

hdNu =

(3-2)

eitliindeki gibi tan

mlan

r. Burada d boru ap

, kortam

n

s

iletim katsay

s

ve h da

s

tanm katsaylardr. Ortalama Nu says ise;


42/143

27

= dxNuLNu X.

1

(3-3)

Eitlii kullanlarak saysal integrasyon hesaplanr.

3.2.5.Srtnme Faktrnn Belirlenmesi

Is deitiricilerin s geiinin iyiletirilmesine ynelik yaplan almalarda, s geii

ile basn kayplar arasnda fiziksel ve ekonomik bir iliki sz konusudur. Bu sebeple,

dizayn edilen s deitiricisinde akm ve geometrik parametrelere bal olarak s

geiinin artrlmas durumunda basn kayplarnn etkileimlerinin de belirlenmesi

gerekmektedir. Basn kayplar srtnme faktr ile karakterize edilir.

D

Lu

Pfx

.2

1 2

=

(3-4)

Srtnme faktr (3-4) sayl eitlikteki gibi ifade edilir. Burada p=po-px test blgesi

k, U test blgesi giriindeki ortalama hz ve akkann younluudur.

Srtnme faktrnn belirlenmesinde kullanlan pnin ve test blgesinin debi ayarnda

I-II noktalar arasndaki statik basn farklarnn lmnde, Schiltkneet firmasna ait

200 Pa aralnda alan basnler kullanlmtr.

3.2.6.Belirsizlik Analizi

Deneysel alma olduka nemli olmakla beraber birok parametreden dolay hatalar

meydana gelmektedir. Bu hatalar, arat

rmac

taraf

ndan, deney setinden ve laralarndan kaynaklanabilir. Bu hatalarn belirlenmesi ve deneysel verilerin

kullanld hesaplamalara ne kadar etki ettiinin grlmesi, sonularn

deerlendirilmesi ve yaplan almann geerlilii asndan olduka nemlidir.

Deneysel almalarda ortaya kan hatalar, aratrmac tarafndan yaplan hatalarn yan

sra temel olarak 2 grupta deerlendirilir. Bu hatalarn birincisinde, rasgele oluan

dzensiz hatalardr ve her bir lm iin farkl deerlerde olmalar nedeniyle ortadan

kaldrlamazlar. kinci tip hata ise, tekrarlanan lmlerde ayn miktarda hataya sebep

olan hatalar, yani sabit ya da sistematik olarak adlandrlan hatalardr. Bunlar her


43/143

28

lmde ayndr ve uygun bir kalibrasyon veya dzeltme ilemi ile ortadan

kaldrlabilmektedir. Temel olan bu iki tip hatadan yola karak belirsizlik analizi

deneysel sonulardaki muhtemel rasgele hatalarn belirlenmesiyle yaplmaktadr.

Bu almada, hem llen ve hem de hesaplanan parametrelere ait belirsizlik

deerlerini elde etmek iin Kline ve Mclinctock [40] tarafndan sunulan hesaplama

yntemi kullanlmtr. Bu ynteme gre, elde edilen ve R olarak tanmlanan herhangi

bir sonu deeri, kendisinin belirlenebilmesi iin gerekli her bir deikenin fonksiyonu

cinsinden,

R=R(x1, x2, x3,....... xn) (3-5)

olarak ifade edilmekte ve bu sonu deerine ait toplam belirsizlik,

21

2

n

2

3

3

2

2

2

2

1

1

Rx

R

x

R

x

R

x

R

++

+

+

= nwwwww

(3-6)

eklinde belirlenmektedir. Bu bantda yer alan wiler her bir bamsz deikene ait

belirsizlii ifade etmektedir. R sonucuna ait toplam belirsizlik wR/Reklinde yzdelikolarak ifade edilir. Bu durumda (3-2) eitlii,

21

22

3

3

2

2

2

2

1

1

1111

++

+

+

= n

n

R wx

R

Rw

x

R

Rw

x

R

Rw

x

R

RR

w

(3-7)

halini alr ve benzer bir ifade aadaki ekilde verilmitir.

2

1

2

n

n

n

n2

2

2

2

22

1

1

1

1

x

x

x

R

R

x

x

x

x

R

R

x

x

x

x

R

R

x

R

R

++

+

=

(3-8)

Buradaki her bir alt deikene ait belirsizliki

ii x

x=u olarak yazldnda, sonuca ait

toplam belirsizlik,

21

2

n

n

2

2

2

2

2

1

1

1R

x

R

R

x

x

R

R

x

x

R

R

x

++

+

= nuuuu

(3-9)

olarak elde edilmektedir.


44/143

29

Bu alma kapsamnda deneysel olarak hz ve basn lmleri gerekletirilmi olup,

bu lm deerleri kullanlarak hesaplanan Re says, Cp basn katsays ve Nusselt

says gibi eitli boyutsuz saylar ve bunlarn bal olduu bamsz deikenler iinbelirsizlik deerleri elde edilmitir.

3.2.6.1.Boyutsuz Saylarn Belirsizlik Deerleri

Nusselt ve Reynolds Saylar iin Belirsizlik

k

dhNu

=

(3-10)eitliinden, Nusselt says iin belirsizlik ifadesi;

2

1222

k

Nu

d

Nu

h

Nu

+

+

= kdhNu wwww

(3-11)

elde edilir. Toplan belirsizlii yzde cinsinden ifade etmek iin, belirsizlik ifadesi Nu

denklemine blnr ve

2

1

222

kdh

+

+

= kdhNu

www

Nu

w

(3-12)

ifadesi bulunur. Burada wh, wd ve wk Nusselt saysndaki bamsz deikenler olan h,

d,ve k deerinin belirsizliklerini ifade etmektedir. wNu deeri Nusselt says iin toplam

belirsizlii gstermektedir.

ud=Re eklinde tanmlanan Re says iin belirsizlik deeri, u, d ve bamsz

deikenler cinsinden belirsizlik ifadesi,

21

22

d

2

uRe

Re

d

Re

U

Re

+

+

=

wwww

(3-13)

belirlenmektedir. Yzde cinsinden,


45/143

30

21

22

d

2

uRe

dURe

+

+

=

wwww

(3-14)

olarak ifade edilir.

Nusselt ve Reynolds saylarndaki belirsizlikler deneysel ve saysal olarak

etkilenmektedirler. Bu hatalarn btnn incelemek gerekir.

3.2.6.2.Deneysel lmler ile Ortaya kan Belirsizlikler

S

cakl

k lmlerinde oluabilecek belirsizlikler; her bir s

cakl

ktaki belirsizlik, lmaletleri, kalibrasyon ilemi ve lm esnasndaki deneysel artlar hakkndaki detayl

bilgilere dayanmaktadr.

h1) Kanala giriteki termo elemanda llen scaklk referans scaklndan

kaynaklanan hata (1 C h1 % 1,6 ).

h2) Dijital multi metrede oluan hata (0,5C h2 % 0,8 ).

h3) Giri scaklnn llmesinde yaplan hata (0,5C h3 % 0,8 ).

h4) Deney esnasnda evre scaklndaki deiimin akkan scaklnda meydana

getirdii hata (0,4C h4 % 0,7 ).

h5) Test blgesinin klima cihaz nne yerletirildii andaki akkan debisindeki

deiimin scakla etkisinden kaynaklanan hata (0,5C h5 % 0,8 ).

h6) Sv kristal kalibrasyonundan kaynaklanan hata (0,5C h6 % 1,1 ).

h7) Renk bandnn konum-zaman deerlerinin llmesinden kaynaklanan hata

(0,5C h7 % 1,1 ).

h8) Ik kaynann yerletirildii adan oluabilecek belirsizlik (0,5C h8 % 1,1

h9) Akkan scaklndaki (%2,25) hata nedeni ile akkann sl iletkenliinde

meydana gelen belirsizlik (h9%0,3).

h10) Akkan scaklndaki (%2,25) hata nedeni ile akkann viskozitesinde oluan

belirsizlik (h10%0,3).

h11) Hzlarn llmesinde ve ortalama hz hesaplanmasndaki belirsizlikh10 %5,5.


46/143

31

h12) Deney esnasnda evre scaklndaki deiimin akkan scaklnda meydana

getirdii belirsizlik, (0,4C h4 % 0,7 ).

h13) Akkan scaklndaki (%2,25) hata nedeni ile hzda oluan belirsizlik (h13

%0,5).

h14) Akkan giri scaklnn llmesinde ortaya kabilecek toplam belirsizlik

( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ] 25.2%21

25

24

23

22

21 ++++= hhhhhwTg

h15) Yzey scaklnn llmesinde meydana gelebilecek toplam belirsizlik;

( ) ( ) ( )[ ] 91.1%21282726 ++= hhhwTy

h16) Akkan scaklndaki (%2,25) hata nedeni ile s tanm katsaysnda oluan

belirsizlik (h16%1,3).

h17) Yzey scaklnda oluan (%1,91) hatann s tanm katsaysna (h17

%1,2).

h18) Bir deneyin ardndan soutulan deney elemanlarnn ierisindeki scakln

(1C ) s tanm katsaysndaki belirsizlik (h18%2,1).

h19) Bilgisayar programndaki kullanlan a yapsnn s tanm katsaysndaki

belirsizlik (h19%3).

h20) D borunun iyi yaltlmamas sebebi ile meydana gelen belirsizlik (h20%2).

h21) Is tanm katsaysndaki topla

dairesel bir kanalda isi transfer in in deneysel ve sayisal incelenmesi experimental and numerical...

Documents