7.1 Elde Edilen Sonuçların Yorumu
Bu çalışmada alüminyum köpüğün ısı değiştiricisi olarak tasarımı ve ısı transferi modeli üzerinde duruldu. Açık hücreli alüminyum köpüğün üretimi için, ergimiş
metal içine gaz enjeksiyon yöntemi ile üretimi üzerinde çalışıldı. Sistemin tasarımı,
kompozisyonun oluşturulması, eriyik metal içine uygun gazın verilmesi, gaz basıncının ayarlanması, kararlaştırıcı (çekirdekleyici) malzemenin seçimi ve oranı, metal içine en uygun gaz verme sıcaklığı gibi konularda başarıya ulaşıldı. Ancak ergimiş metal içinde boşluk oluşturucu gazın homojen dağılımı yeterince sağlanamaması nedeniyle, arzu edilen metal köpük elde edilemedi.
Kenarları dx, dy ve dz olan kontrol hacim elemanına enerjinin korunumu yasası uygulandı. Açık hücreli alüminyum köpük, boşlukları çevreleyen flamentler ile boşluklardan oluşmaktadır. Boşluklar ve flamentler için ısı transfer yüzey alanı dikkate alınırken Alüminyum köpüğün porozitesi de göz önüne alındı.
(4.36) ifadesinde bulunan ve (4.24) ile verilen sabit değerleri içeren bağıntıda, θ-X, θ-Y ve θ-Z’in poroziteye göre değişiminde , porozite arttıkça X, Y ve Z değerleri küçülmektedir.
Porozitenin sabit değeri için θ-X, θ-Y ve θ-Z’in birim hacimdeki yüzey alanına göre değişiminde σ değeri büyüdükçe X, Y ve Z değerleri düşer ve sıfıra çok yakın değer alır. Ortam akışkan sıcaklığının (T∞), metal köpük yüzey sıaklığından (Tfm)
büyük olması durumunda θ negatif değer almaktadır.
PPI 10, 20 ve 30 özelliklerine sahip Alüminyum köpük ile boyutları 200mmx200mmx100mm olan ve toplam 18 boru kullanılarak bir ısı değiştiricisi dizayn edildi. Isı değiştiricisi üç geçişli olarak dizayn edildi. SPSS 11 İstatistik
paket programında lineer regresyon analizi kullanılarak ortalama Nusselt sayısı için; 5.103<Re<9.104 aralığında; Nu= (0,633).(Re)0,290. 249 , 3 w Pr Pr∞ − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛
bağıntısı elde edildi. Çoklu belirleyicilik (determinasyon) katsayısı R2=0.834 dür. Aynı zamanda modelin korelasyon katsayısı r=0,913’dür. Aynı aralıkta sürtünme faktörü için,
f = (0,3937).(Re)-0,794
ampirik bağıntısı bulundu. Korelasyon karsayısı r=0,623’dür.
Isı değiştiricisinin etkenlik katsayısı konvansiyonel ısı değiştiricilere göre daha düşük elde edildi. Bunun nedeni borular, Alüminyum köpük malzeme içine sonradan yerleştirilmesinden kaynaklanmaktadır. Yeni bir çalışma için ergime sıcaklığı Alüminyum köpük malzemeden biraz daha yüksek olan boru malzemesi seçilip, köpüklenme esnasında boru Alüminyum köpük içine daldırılarak, Alüminyumun boru malzemesine iyice kaplanması sağlanmalıdır. Bu takdirde etkenlik çok daha artacaktır.
7.2 Sonuçların Literatür İle Karşılaştırılması
EK - 5 Şekil 2 referans (11) ile PPI 10, 30 ve 60 için verilen değerler ile bu çalışmada Şekil 5.4’de verilen, PPI 10, 20 ve 30 için deneysel olarak Reynolds- Nusselt sayılarının değişimi karşılaştırıldığı zaman; PPI değerleri farklı olmalarına karşın değişim trendlerinin uyum içinde olduğu görülmektedir. Aynı zamanda Şekil
5.11 ile verilen PPI 10, 20 ve 30 için geliştirilen ampirik bağıntıda, Reynolds-Nusselt sayılarının değişiminin referans 11’de belirtilen değişim ile uyum içinde olduğu rahatlıkla görülebilir.
EK 5 Şekil 1 ve Şekil 3’de basınç düşümünün akışkan hızına göre değişimi referans (1)’de gösterildiği gibi bu çalışmada Şekil 5.22’de verilen PPI 10, 20 ve 30 için basınç ve hız düşümü arasındaki değişim, farklı PPI değerlerine karşın uyum içinde olduğu açıkça görülür.
BÖLÜM 8
KAYNAKLAR
1 - Hernández, Á. 2005. Combıned Flow And Heat Transfer Characterızatıon of Open Cell Alumınum Foams, Mechanıcal Engıneerıng, Unıversıty Of Puerto Rıco.
2 - Montanini, R. 2005. Measurement of Strain Rate Sensitivity of Aluminium Foams for Energy Dissipation, International Journal of Mechanical Sciences, 47 26–42
3-Yamada, Y. Shimojima, K. Sakaguchi, Y. Mabuchi, M. Nakamaru, M. Asahina, T. Mukai, T. Kanahashi, H. Higashi, K. 2000. Processing of Cellular Magnesium Materials, Advanced Engıneerıng Materıals.
4 - Koza, E. Leonowicz, M. Wojciechowski, S. Simancik, F. 2003. Compressive Strength of Aluminium Foams, Science Direct.
5 - Amjad, S. College, W. 2001. Thermal Conductivity and Noise Attenuation in Aluminium Foams, University of Cambridge, October.
6 -Banhart, J. 2003. Aluminium Foams for Lighter Vehicles, International Journal of Vehicle Design.
7 - Gui, M.C. Wang, D. B. Wu, J.J. Yuan, G. J. Li, C. G. 2000. Deformation and Damping Behaviors of Foamed, Materials Science and Engineering A286 282–288.
8 -Kennedy, A.R. Asavavisitchai, S. 2003. Effects of Tib2 Particle Addition on the Expansion, Structure and Mechanical Properties of PM Al Foams , Science Direct, September.
9 - Markaki, A.E. Clyne, T.W. 2001. Energy Absorptıon Durıng Faılure of Layered Metal Foam /Ceramıc Lamınates, Department of Materials Science & Metallurgy Cambridge University, Materials Science and Engineering.
10 - Kádár, Cs. Kenesei, P. Lendvai, J. Rajkovits, Z. Energy Absorptıon Propertıes of Metal Foams, Department of General Physics, Eötvös University, Pázmány P. sétány 1/A, Budapest, H-1117.
11 - Song, Z. Zuhu, J. Ma, L. He, D. 2001. Evolution of Foamed Aluminum Structure in Foaming Process, Elsevier Science, July.
12 - Degischer, H. P. 1998. Innovative Light Metals: Metal Matrix Composites and Foamed Aluminium, Materials & Design,Vol. 18, Nos. 4r6, pp. 221-226.
13 - Back, W. Borman, D. Wilk, P. Kucharski, R. Production and Properties of Foamed Magnesium, Cellular Metals and Polymers, 2004.
14- Banhart, J. 2001. Manufacture Characterisation and Application of Cellular Metals and Metal Foams, Progress in Materials Science 46, 559–632
15- Liqun, M. Zhenlun, S. Deping, H. 1999. Cellular Structure Controllable Alumınıum Foams Produced By Hıgh Pressure Infıltratıon Process, Department of Materials Science and Engineering, Southeast University, Nanjing, Pergamon Vol. 41, No. 7, pp. 785–789.
16 – Gibson, L. J. 2000. Mechanical Behavior of Metallic Foams, Materials Science, 191- 227.
17 - Coxa, S.J. Bradley, G. Weaire, D. 2001. Metallic Foam Processing from the Liquid State, The European Physical Journal Applied Physics,January.
18 - Banhart, J. 2000. Metallic Foams: Challenges and Opportunities, Eurofoam , pp. 13-20.
19 - Park, S H. Um, Y. S. Kum, C. H. Hur, B. Y. 2005. Thermophysical Properties of Al And Mg Alloys for Metal Foam Fabrication, Colloids and Surfaces ,Aspects 263 , 280–283.
20 -Babcsan, N. Meszaros I. Hegman, N. 2003. Thermal and Electrical Conductivity Measurements on Aluminum Foams, Werkstofftech. 34, 391–394.
21-Rabiei. A. O’Neill, A.T. 2005. A Study On Processing of a Composite Metal Foam Via Casting, Department of Mechanical & Aerospace Engineering, North Carolina State University, Materials Science and Engineering, 159–164.
22- Dukhan, N. and Quinones, P. 2003. Convective Heat Transfer Analysis of Open Cell Metal Foam for Solar Air Heaters, Proceeding International Solar Energy Conference, Hawaii, USA
23- Cymat Corp. 2000. Technical Manual for Stabilized Alüminum Foam, Mississauga, Ontario, Canada L5T 2L7,
24- Ashby, M.F., Evans, A.G. Fleck, N.A. Gibson,L.J.Hutchinson, J.W. and Wadley, H.N.G. 2000. Metal Foams: A Design Guide,Boston Oxford Auckland
Johannesburg, Melbourne, New Delhı
25- www. etialuminyum.com.tr,2008
BÖLÜM 9 EKLER