Sonuçlar

Bu çalışmada ara soğutucu olarak kullanılan kompakt ısı değiştiricilerin performans karakteristiklerinin deneysel olarak incelenebilmesi için bir deney düzeneği tasarlanmış ve imal edilmiştir. Pratikte yaygın olarak kullanılan üç ara soğutucu seçilerek farklı soğutma havası debilerinde ve dolgu havası giriş sıcaklıklarında deneyler yapılmıştır. Deneysel sonuçlar etkenlik-transfer birimi yöntemi kullanılarak incelenmiştir. İnceleme sonucunda ara soğutucuların soğutma kapasiteleri, basınç düşüş değerleri, etkenlikleri, tersinmezlik üretimleri çeşitli grafiksel gösterimlerle sunulmuştur. Ara soğutucuların soğutma kapasiteleri, literatürden seçilen bazı analitik ve ampirik ifadeler kullanılarak elde edilen taşınım katsayıları ve ε-NTU yöntemi kullanılarak hesaplanan soğutma kapasiteleri ile karşılaştırılmıştır. Basınç düşüşü ve ısı taşınım katsayısı kullanılarak hesaplanan sürtünme faktörü (f), Collburn faktörü (j) ve Nusselt sayısı (Nu) boyutsuz ısıl performans grafiklerinde kullanılmıştır. Ayrıca deneylerde kullanılan ısı değiştiricilerin incelenen aralıktaki performanslarını belirlemek için bazı korelasyonlar elde edilmiştir.

Deneysel çalışma sonuçlarına ait belirsizliğin saptanması için kapsamlı bir belirsizlik analizi gerçekleştirilmiştir.

Düşük sıcaklık farklarında panjur kanatlı plakalı ara soğutucunun ısı performansı diğer iki ara soğutucuya göre yaklaşık %30 oranında fazla olmaktadır. Akışkanlar arasındaki sıcaklık farkı arttıkça bu fark özellikle yassı borulu kanatlı ara soğutucu ile panjur kanatlı plakalı ara soğutucu arasında azalmaktadır.

Bu çalışma kapsamında dairesel borulu kanatlı ara soğutucu için deneysel olarak bulunan soğutma kapasitesi değerleri ile en yakın soğutma kapasitesi değerleri, Kays ve London (1998)’dan seçilen ve yazarların çalışmalarında literatürdeki analitik ve deneysel ısı taşınım katsayılarını dairesel borulu ısı değiştiriciler için grafik formatında sundukları veri grafiğinden ε-NTU yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Sonuçlar arasında yaklaşık %13-19 fark (yaklaşık 0.5-0.7 kW) bulunmaktadır. Bununla beraber dairesel borulu kanatlı ara soğutucunun performansını öngörmek için Kays ve London (1998) dan seçilen ve bu çalışmadaki deneysel sonuçlara en yakın sonucu veren veri grafiği kullanılabilir.

Deneysel veriler kullanılarak hesaplanan ε-NTU değişimi ısı değiştiricilerine ait literatürde çapraz akışlı ve akışkanların birbirine karışmadığı durum için farklı Cr oranlarında çizilen ε-NTU grafikleri ile benzerlik göstermektedir. Özellikle deneylerin yapıldığı Cr oranlarına yakın olan Cr=0.2 eğrisinin 1-2 NTU aralığına bakıldığında hem eğim hem de etkenlik değerleri büyük oranda benzeşmektedir.

Bu çalışma kapsamında panjur kanatlı plakalı ara soğutucuya ait test sonuçları ile en yakın sonuçları veren literatür konfigürasyonu arasında %0,3 ile %3 arasında fark bulunmaktadır. Özellikle NTU değerinin çok yükseldiği ve Cr değerinin azaldığı yüksek hava kütlesel debisi değerlerinde fark kapanmaktadır. Çünkü bu aralıkta ısı transferinde ciddi değişiklikler olması için toplam ısı transfer katsayısında büyük artışlar ya da azalışlar olmalıdır. Bu çalışmadaki bulunan taşınım katsayıları ile yakın değerlere sahip literatür verileri bu nedenle özellikle panjur kanatlı plakalı ara soğutucuda çok yakın sonuçlar vermektedir.

Yassı borulu kanatlı ara soğutucu için deneysel olarak bulunan sonuçlar ile en yakın sonucu veren literatür verileri arasında %1.5-4.5 fark bulunmaktadır.

Isı değiştiricilerin performansları değerlendirilirken basınç düşüşleri, özellikle gaz akışkanların varlığında, önem arz etmektedir. Ara soğutucular düşünüldüğünde, dolgu havasının basınç düşümünün değerlendirilmesi gerekmektedir. Çünkü dolgu havasındaki basınç düşüşü ek bir sıkıştırma işi gerektirecektir. Literatürde kompakt ara soğutucularda basınç düşüşünün %1-3 arasında olduğu vurgulanmıştır. Bu çalışmada incelenen ara soğutucularda deneysel olarak bulunan basınç düşüşleri, dolgu havası basıncının %5-9 değeri arasında değişmektedir. Panjur kanatlı plakalı ara soğutucunun basınç düşüşündeki artış, ısıl performansında diğer ara soğutuculara göre elde edilen artış dikkate alındığında kabul edilebilir bir artış olmaktadır.

Dairesel borulu kanatlı ara soğutucu, soğutma kapasitesinin az olduğu ve basınç düşüşü bağıl olarak diğer ara soğutuculara yakın olduğu için oransal olarak daha fazla ek sıkıştırma işi gerektirmektedir. Dolayısıyla bu ara soğutucunun diğer ara soğutuculara kıyasla daha az tercih edilebilir olduğu düşünülmektedir. Bununla beraber panjur kanatlı plakalı ara soğutucu ile yassı borulu kanatlı ara soğutucu arasındaki performans farkı özellikle yüksek dolgu havası giriş sıcaklıklarında çok azalmaktadır. Bu sıcaklıklarda seçim yapmak için ara soğutucuların maliyeti değerlendirilebilir.

Ara soğutucuların etkenlikleri karşılaştırıldığında panjur kanatlı plakalı ara soğutucunun etkenliğinin dairesel borulu kanatlı ara soğutucuya göre %30, yassı borulu kanatlı ara soğutucuya göre yaklaşık %5 daha iyi olduğu bulunmuştur. Ara soğutucular

çok yakın kompaktlık oranlarına ve ölçülere sahip oldukları halde böyle yüksek bir performans farkının çıkmasının iki önemli nedeni bulunmaktadır; Çizelge 3.3.’te görüldüğü gibi panjur kanatlı plakalı ara soğutucunun ısı transfer yüzey alanı diğer ara soğutuculara göre daha dengeli dağılmıştır ve panjur kanatlarda bulunan panjur açıklıkları ve kanat yapısı daha iyi bir ısı taşınım katsayısı sağlamaktadır. Dolayısıyla panjur kanatlı plakalı ara soğutucunun toplam ısı transfer katsayısı ve transfer birimi sayısı büyümekte, aynı kapasite oranı için diğer iki ara soğutucuya göre daha iyi bir etkenliğe sahip olmaktadır.

Ara soğutucuların ekserji verimleri %15 ile %40 arasında değişmektedir. Yüksek sıcaklık farkında artan ısı transferi ile önlenemez tersinmezlik bileşeni olan sonlu sıcaklık farkında ısı geçişinden kaynaklanan tersinmezlik bileşeni artmaktadır. Bununla beraber önemli bir tersinmezlik kaynağı olan soğutma havası basınç düşüşü, soğutma havası hızı azaltılarak belirli oranda önlenebilir. Soğutma havası kütlesel debi değerinin ara soğutucuların deneyler sırasında test edilen kapasite oranlarında soğutma kapasitesini fazla etkilemediği gösterilmiştir. Soğutma havası hızı azaltılarak üretilen tersinmezliğin dairesel borulu kanatlı ara soğutucu için maksimum %45’i, minimum %30’u, yassı borulu kanatlı ara soğutucu için maksimum %47’si, minimum %30’u panjurlu kanatlı ara soğutucu için de maksimum %54’i, minimum %45’u engellenebilir.