Çamaşır kurutma makinelerinin performansını belirleyen en önemli iki parametre enerji tüketimi ve su toplama verimidir. Bu tez çalışmasında bu iki önemli parametreyi doğrudan etkileyen kondanserde gerçekleşen yoğuşma olayı ve sürekli rejim halindeki çalışma şartları için en uygun kondanser boyutlarının belirlenmesine çalışılmıştır.
Maddenin buhar halinden sıvı haline faz değişimi olarak tanımlanan yoğuşma olayı genel olarak damlacık ve film yoğuşması olmak üzere ikiye ayrılır. Isı transferi açısından damlacık yoğuşması daha avantajlıdır ancak kondanser kanallarında film yoğuşması gerçekleşir. Film yoğuşması üzerine yapılan çalışmalarda sıvı filmi kalınlığının hesaplanması ve yoğuşma olayına etki eden faktörlerin belirlenmesi amaçlanmıştır. Özellikle hava su buharı karışımlarının film yoğuşmasında ara yüzeyde biriken yoğuşmayan havanın yoğuşan su buharı kütle akısını önemli ölçüde azalttığı belirlenmiştir. Kondanserler üzerine yapılan çalışmalarda ise tırtıllı kanatların basınç kayıpları da dikkate alındığında en yüksek ısı transferi performansına sahip oldukları belirlenmiştir.
Yapılan kabuller ışığında kondansere ait kurutma havası akış kanalı için matematik model oluşturulmuştur. Matematik modeli basitleştirmek için kurutma havası akış kanalı içerisinde her yerde doyma sıcaklığında olan saf buhar olarak alınmıştır. Su buharı ve yoğuşan sıvı filmine ait korunum denklemleri Newton-Raphson sayısal yöntemi kullanılarak çözülmüştür. Sayısal çözümden kondanser kanalı içerisinde yoğuşan sıvı filmi kalınlığının kanal çıkışında 0,6 mm olduğu ve 24 g/m2s değerinde su buharının yoğuştuğu elde edilmiştir. Ayrıca giriş şartlarının sıvı filmi kalınlığına etkileri araştırılmıştır. Su buharı giriş hızının arttırılması kanal girişindeki sıvı filminin incelmesine neden olmaktadır. Su buharı giriş sıcaklığının azaltılması da tüm kanal boyunca sıvı filmi kalınlığını azaltmıştır. Son olarak akış kanalının eğim açısının arttırılması da tüm kanal boyunca sıvı filmi kalınlığını azaltmıştır.
Çamaşır kurutma makinesinin sürekli rejim halindeki çalışma şartları için en uygun kondanser boyutlarının belirlenebilmesi amacıyla örnek bir kondanser tasarımı
yapılmıştır. Bu tasarımda matematik model bölümünden elde edilen sıvı filmi kalınlığı da toplam ısı transferi katsayısının hesaplanmasında ısıl direnç olarak hesaba katılmıştır. Öncelikle çalışma şartları belirlenmiş ve uygun bir kanat geometrisi seçilmiştir. Daha sonra seçilen kanat geometrisine ait literatürden alınan deneysel veriler kullanılarak kondanser boyutlandırılmıştır. Yapılan hesaplama sonucunda kurutma havasına ait akış kanalı uzunluğu 130 mm, soğutma havasına ait akış kanalı uzunluğu 120 mm ve kondanser yüksekliği 265 mm olarak bulunmuştur. Yapılan tez çalışmasında matematik modeli basitleştirmek için kurutma havası akış kanalı içerisinde her yerde doyma sıcaklığında olan saf buhar olarak alınmıştır. Kurutma havası su buharı hava karışımı olarak alınıp sayısal çözüm yapılarak karışım içerisindeki yoğuşmayan havanın sıvı filmi kalınlığına etkisi araştırılabilir. Ayrıca kurutma havasını hem saf su buharı hem de su buharı hava karışımı alarak yapılacak deneysel çalışmalardan ölçülecek sıvı filmi kalınlığı ile matematik modelden hesaplanan sıvı filmi kalınlıkları karşılaştırılabilir. Son olarak yapılacak deneysel çalışmalarda kanal içerisindeki ısı taşınım katsayıları ölçülebilir ve örnek kondanser tasarımında deneysel çalışmalardan ölçülen ısı taşınım katsayılarının ortalama değerleri kullanılabilir.
KAYNAKLAR
Bejan, A. ve Kraus, A., 2003. Heat Transfer Handbook, John Wiley & Sons, USA Chin, Y.S., Ormiston, S.J. ve Soliman, H.M., 1998. A two phase boundary layer
model for laminar mixed convection condensation with a noncondensable gas on inclined plates, Heat and Mass Transfer, 34, 271-277.
Denny, V.E., Mills, A.F. ve Jusionis, V.J., 1971. Laminar film condensation from a steam-air mixture undergoing forced flow down a vertical surface, Journal of Heat Transfer, 93, 297-304.
Dhir, V. ve Lienhard, J., 1971. Laminar film condensation on plane and axisymmetric bodies in nonuniform gravity, Journal of Heat Transfer, 93, 97-100.
Genceli, O.F., 2005. Isı Değiştiricileri, Birsen Yayınevi, Đstanbul
Incropera, F.P. ve DeWitt, D.P., 1996. Fundamentals of Heat and Mass Transfer, John Wiley & Sons, Canada
Kays, W.M. ve London, A.L., 1984. Compact Heat Exchangers, McGraw-Hill,USA Koh, J.C.Y., 1962. Film condensation in a forced convection boundary layer flow,
International Journal of Heat Mass Transfer, 5, 941-954.
Koh, J.C.Y., Sparrow, E.M. ve Hartnett, J.P., 1961. The two phase boundary layer in laminar film condensation, International Journal Heat Mass Transfer, 2, 69-82.
Kreith, F. ve Boehm, R.F., 1999. Mechanical Engineering Handbook, CRC Pres Kutsuna, J.I.K. ve Nakanishi, S., 1985. Filmwise condensation of vapor containing
noncondensable gas in a horizontal duct, International Symposium on Heat Transfer, Bejing.
Lu, Q. ve Suryanarayana, N.V., 1993. Film condensation in a horizontal rectangular duct, NASA Contractor Report, Michigan.
Makas, A., 2004. Condensation of steam on multiple horizontal tubes, Yüksek Lisans
Tezi, ODTÜ, Ankara.
Minkowyez, W.J. ve Sparrow, E.M., 1966. Condensation heat transfer in the presence of noncondensables, interfacial resistance, superheating, variable properties and diffusion, International Journal of Heat and Mass Transfer, 9, 1125-1144.
Nusselt, W., 1916. Die Oberflachenkondensation des wasserdampfes, Z. Ver. Deut. Ing., 60, 541.
Özgüç, A.F., 1996. Çapraz akımlı kanatlı levha tip ısı değiştiricisinin boyutlandırılması, ĐTÜ Makine Fakültesi, Đstanbul.
Rohsenow, W.M., 1956. Heat transfer and temperature distrubution in laminar film condensation, Transactions of ASME, 78, 1645-1648.
Shang, D. ve Zhong, L., 2008. Extensive study on laminar free film condensation from vapor gas mixture, 1-15.
Siow, E.C., Ormiston, S.J. ve Soliman, H.M., 2002. Fully coupled solution of a two phase model for laminar film condensation of vapor gas mixtures in horizontal channels, International Journal of Heat and Mass Transfer, 45, 3689-3702.
Siow, E.C., Ormiston, S.J. ve Soliman, H.M., 2007. Two phase modelling of laminar film condensation from vapour gas mixtures in declining parallel plate channels, International Journal of Thermal Sciences, 46, 458-466.
Sparrow, E.M. ve Gregg, J.L., 1959. A boundary layer treatment of laminar film condensation, Journal of Heat Transfer, 81, 13-18.
Sparrow, E.M. ve Lin, S.H., 1964. Condensation heat transfer in the presence of a noncondensable gas, Journal of Heat Transfer, 86, 430-436.
Srzic, V., Soliman, H.M. ve Ormiston, S.J., 1999. Analysis of laminar mixed convection condensation on isothermal plates using the full boundary layer equations: mixtures of vapor and a lighter gas, International Journal of Heat and Mass transfer, 42, 685-695.
Subramanian, S., 2003. CFD Modeling of compact offset strip-fin high temperature heat exchanger, Yüksek Lisans Tezi, Madras Üniversitesi, Hindistan. Volchkov, E.P., Terekhov, V.V. ve Terekhov, V.I., 2004. A numerical study of
boundary layer heat and mass transfer in a forced flow of humid air with surface steam condensation, International Journal of Heat and Mass transfer, 47, 1473-1481.
43 EKLER
EK A. Korunum Denklemlerinin Ayrıklaştırılmış Formları Sıvı filmi kütlenin korunumu denkleminin ayrıklaştırılmış formu:
1 1 ( ) 1 ( ) 2 0 3 6 i i i i s d i i s d s s sb i sb u u k T T U k T T dx h dx h δ δ δ δ δ δ ρ µ δ − − − − − − − − − = (A.1) Sıvı filmi ve su buharı momentumun korunumu denklemlerinin toplamının ayrıklaştırılmış formu:
(
)
2(
)
(
)
2 2 1 1 1 1 1 2 8 1 7 2 15 30 30 s d s d s d i i i i i i i i i i s i s s sb s sb i sb i k T T U k T T U k T T u u u u u dx h dx h dx h δ δ δ δ δ δ δ δ δ δ δ µ ρ µ µ δ δ − − − − − − − − − − − + − − − (
)
(
)
(
)
(
)
(
) (
)
2 3 3 2 2 1 1 1 2 2 8 1 15 30 i i i i s d i i i s b b b sb i H u H u k T T U H H gSin dx h dx δ δ δ δ δ δ δ θ ρ ρ ρ µ δ − − − − − − − − − − − − + + + (
)
(
)
(
)
(
)
(
)
2 2 1 1 7 2 0 30 s d i i i i s d b i b sb i i sb i k T T U H u H u k T T u h dx h H δ δ δ δ δ µ µ δ δ δ − − − − − − − + − = − (A.2)EK C. 3/32-12.22 Yüzey Kodlu Kanat Geometrisi
Örnek kondanser tasarımında kullanılan 3/32-12.22 yüzey kodlu kanat geometrisine ait genel görünüm ve korelasyon grafiği Şekil C.1’de verilmiştir.
ÖZGEÇMĐŞ
Ad Soyad: Murat KAYABAŞI Doğum Yeri ve Tarihi: Sivas 1982