Dairesel kesitli plastik borular içinde buz yoğunluğunda küre-su karışım akışının incelenmesi
- Global styles
- Apa
- Bibtex
- Chicago Fullnote
- Help
Abstract
ÖZET Soğutma sistemlerinde buz kullanımı çok yeni ve gelişmekte olan bir teknolojidir. Buz-su karışımı kullanılan sistemlerde buzun gizli ısısından yararlanılır. Böylece aynı kütlesel debi ile daha fazla soğutma yapılır veya sabit soğutma yükü için daha az kütlesel debi ve daha küçük boru çaplan gerekeceğinden soğutma işlemi daha ekonomik olur. Soğutma sistemlerinde buz kullanımına yönelik çalışmaların hepsinde buz-su çamuru kullamlmış olup, akış parametreleri çamur akış özelliklerine göre belirlenmiştir. Bu çalışma ile gerçekleştirilen, soğutma sistemlerinde küresel buz kapsüllerinin kullanımı başlangıç niteliğinde olup, akış parametreleri ise çamur akışından farklıdır. İlk olarak buz-su kanşımının kullanıldığı alanlar, akış tipleri ve özellikleri üzerinde durulmuştur. Buz-su çamuru kullanılan sistemlerde karşılaşılan problemler açıklanarak, soğutma sistemlerinde buz kapsülleri kullanrrmnda sağlanacak yararlardan bahsedilmiştir. Kapsüllü akışlarla ilgili yapılmış çalışmaların bir özeti ve değerlendirilmesi sunulmuş, yoğunluğu sudan az olan küresel kapsül trenlerinin akışı ile ilgili bir çalışmaya rastlanmamıştır. Deney tesisatı kurulmadan önce 2 ön deney gerçeMeştirilmiş, bu deneylerde polietilen boncuklar kullamlmıştır (boru ve kapsül çapı çok küçük seçilmiştir). Ön deneylerde yapılan hesaplar ve alman kararlar doğrultusunda, kapsüllü akışta basınç düşüşü değerlerinin hassas bir şekilde ölçülebildiği, gerçekteki şartlara benzer akış şartlarının sağlandığı bir deney tesisatı kurulmuştur. Deney tesisatım oluşturan kısımlar, kullanılan ölçüm cihazları ve malzemelerin özellikleri verildikten sonra karşılaşılan güçlükler ve çözüm yöntemleri üzerinde durulmuştur. Deneylerde, gerçeğe uygun olması bakımından buz yoğunluğuna yakın yoğunluğa sahip polipropilen malzemeden (870 kg/m3) özel olarak hazırlanmış küresel kapsüller kullamlmıştır. d/D oram 0.8 alınarak, değişik akış şartlarında (su hıza, dmamik kapsül konsantrasyonu), yatay borular içinde kapsüllü akışta meydana gelen basmç düşüşleri ölçülmüştür. Tesisat üzerindeki pleksiglas borular sayesinde, kapsül hareketleri gözlenmiş, kapsül hareket mekanizması ve akış rejimleri deney sonuçlarına göre tespit edilmiştir. Akışa ait parametreler ve hesap yöntemleri belirlenmiştir. Basınç düşüşü ölçüm bölgesine yerleştirilen sensörlerden alman sinyal değerleri, bilgisayar programı ile değerlendirilmiş, treni oluşturan kapsüllerin gerçek hızlan ve kapsüller arası mesafeler hassas bir şekilde bulunmuştur. Basmç düşüşü ölçümlerinde kullanılan fark basmç transmitterinin ürettiği analog sinyal değerleri bir otomasyon programı ile dijital bilgiye çevrilmiştir. Darcy- Weisbach eşitliği temel alınarak, deneysel bulgulara dayalı yeni bir basmç düşüşü ifadesi geHştirilmiştir. Hesaplanan basmç düşüşleri ile deneysel olarak bulunan basmç düşüşleri arasında %3.37'lik sapma bulunmuştur (2.5xl04<Re<1.5xl05 için). Boyut analizi yapılarak, kanşım akışının basmç düşüşlerini belirlemede kullanılabilir analitik bir model oluşturulmuştur. Analitik model ile deneysel bulgular karşılaştaldığında ortalama %8.6'lık bir sapma tespit edilmiştir. Deneysel bulguların hata analizi hesabı yapılmıştır. %5-30 arasında değişen dinamik kapsül konsantrasyonlarında, kapsüller arasındaki ortalama mesafenin değişik güven aralıklanndaki sapma değerleri verilmiştir. Deney sonuçlan, hem çamur akışlarına ait modeller hem de küresel kapsül akışlarına ait genel ifadeler ile karşılaştınlmış, mevcut modellerin deneysel bulgular ile uyumsuz (sapma %20'den fazla) olduğu gösterilmiştir. Kapsül akış rejimleri tanımlanarak, akışa özgü değişkenlerin hız ve basmç oram üzerindeki etkileri belirtilmiş, konu ile ilgili daha sonra yapılabilecek diğer çalışmalara yer verilmiştir. Anahtar kelimeler: Kapsül treni, boru hatü, buz, soğutma sistemleri, basmç düşüşü xiv ABSTRACT The usage of ice in cooling systems is a recent and developing technology. Systems using a mixture of ice and water make use of the latent heat of ice. So, more cooling with less mass flow rate is achieved or the cooling process becomes more economical as the constant load of cooling requires less mass and smaller pipe diameters. In all the studies concerning ice usage in cooling systems, ice- water slurry has been used, and flow parameters have been determined according to the flow characteristics of the slurry. The usage of spherical ice capsules in cooling systems, which we have achieved in this study, is at beginning level, and flow parameters differ from slurry flow. Initially, we have mentioned the fields utilizing ice-water mixture, flow types and characteristics. Problems noted in systems using ice-water slurry have been described, and benefits of using ice capsules in cooling systems have been mentioned. A summary of studies on flows with capsules has been included. No study regarding the flow of capsule trains with densities less than water has been noted. 2 pre-experiments have been conducted before preparing the experimental setup, and polyethylene beads have been used during these experiments (very small values have been selected for pipe and capsule diameters). In accordance with the calculations and decisions made during the pre-experiments, the experimental setup allows for accurate measurement of pressure drops during flow with capsules, and flow conditions similar to realistic flow conditions. After defining the parts of the experimental setup, measurement devices used and characteristics of materials, noted difficulties and solution methods have been mentioned. During the experiments, specially prepared spherical capsules made of polypropylene material (870 kg/m3) with density close to the density of ice have been used for realism. d/D ratio has been selected as 0.8, and pressure drops in horizontal pipes in flow with capsules have been measured under variable flow conditions (velocity of water, dynamic capsule concentration). Thanks to the plexiglas pipes on the setup, capsule movements have been monitored and movement mechanism of capsules and flow regimes have been determined in accordance with the results of experiments. Parameters and calculation methods related to the flow have been determined. Signal values from sensors placed in pressure drop measurement area have been evaluated with a computer program and actual velocities of capsules forming the train and distances between capsules have been accurately determined. Analogous signal values produced by the differential pressure transmitter used in the measurement of pressure drops have been converted into digital data by an automation program. A new, experiment based statement for pressure drop has been developed based on Darcy-Weisbach equation. An average deviation of 3.37% has been noted between calculated pressure drops and experimental results of pressure drops (for 2.5x1 04<Re<l.5x1 05). An analytic model which can be utilized in determining pressure drops of the mixture flow has been created through dimension analysis. An average deviation of 8.6% has been determined after comparing the analytic model and experimental results. Error analysis calculation has been made for experimental results. For dynamic capsule concentrations of 5-30%, deviation values in various confidence levels of mean distance have been given. Experiment results have been compared with models regarding slurry flows and general statements regarding spherical capsule flows, and it has been pointed out that available models are incompatible (deviation exceeding 20%) with experimental results. Capsule flow regimes have been defined and their impacts on the velocity and pressure ratios of flow-related variables have been put forth, and related future studies to be conducted have been included. Key words: Capsule train, pipeline, ice, cooling systems, pressure drop xv
Collections