Yatay borularda su buharı ve su buharı-yoğuşmayan gaz (hava) karışımının film yoluyla yoğuşmasının incelenmesi

Abstract

ÖZET Yatay bir boruda doymuş su buharının akışı esnasında boru dışardan soğutulduğunda, su buharı kendi yoğuşma sıcaklığından daha düşük sıcaklıktaki bir yüzeyle temas ettiğinde borunun iç tarafında yoğuşma, dış tarafında ise buharlaşma meydana gelir. Bu çalışma, içerisinde doymuş su buharı ve su buharı-yoğuşmayan gaz karışımı akışının geçekleştiği laminer tabakalı -dalgalı akışda film yoluyla yoguşma için boru materyali, buhar hızı ve boru dış yüzeyi üzerine akıtılan soğutma suyunun değişik debilerine göre deney borusunda yoğuşma sıvısı film kalınlığının, yerel ve toplam ısı transfer katsayılarının, kondenzatm tabakalaşma açısının belirlenebilmesi amacıyle yapıldı. Bu çalışma beş bölümden oluşmaktadır. I. Bölümde konu hakkında gerekli bilgiler ile bugüne kadar yapılmış olan çalışmaların özeti verildi. Ayrıca akış şeklinin ve ısı transfer katsayılarının önceden belirlenmesi için kullanılan akış modelleri ile haritaları izah edildi. II. Bölümde teorik olarak su buharının film yoluyla yoğuşması neticesinde kondenzat film kalınlığının ve buna bağlı olarak da kondenzatm tabakalaşma açısı ile yerel ve ortalama ısı transfer katsayıları belirlendi. Bu kısımda film kalınlığının belirlenebilmesi için geriye doğru sonlu farklar metodu kullanıldı. Metodun özelliği olarak başlangıç değerlerinin bilinmesi gerekir. Böylece başlangıç durumu için film kalınlığı Nusselt tarafından verilen eşitlikle hesaplandı. Daha sonraki kısımda ise yoğuşmayan gazın da bulunduğu durum için analiz yapıldı. III. Bölümde deney tesisatının tanımı, deneylerin yapılması ve deneysel analiz verildi. Bölüm IV de teorik analizin bilgisayara aktarılması sonucu hazırlanmış olan programa, deneyler esnasında ölçülen büyüklüklerin verilmesi ve programın çalıştırılması ile elde edilen çıktılar kullanılarak çizilen diyagramların irdelemesi yapıldı. Bölüm V de ise teorik ve deneysel çalışmaların birlikte kullanımı ile çalışmadan ortaya çıkan sonuçlar verildi. Bu çalışmada? yukarıda belirtilen özelliklerin tespiti için üç farklı malzemeden mamul, değişik çaplarda üç çelik, iki alüminyum ve ikide bakır boru kullanıldı. Her boru için dört ayrı soğutma suyu debisinde deneyler tekrarlandı. Bu deneyler su buharı-yoğuşmayanIX gaz (hava) karışımı için de tekrarlandığında 280 ayrı deney yapılmış oldu. Deneylerin sonucunda, yoğuşan buhardan soğutma sıvısına transfer olan ısı, deney borusu boyunca film kalınlığı, basınç gradyantı, kondenzat tabakalaşma açısı, yerel ve ortalama ısı transfer ^katsayılarını içeren ve ilgili diğer parametrelerin değişmelerinin incelendiği 44 ' ü bilgisayar çıktılarından elde edilen 56 şekil çizildi. Çalışma sonucunda geliştirilen teorik analiz yardımı ile, Nusselt teorisinden elde edilenden daha kalın kondenzat filmi elde edildiği ve özellikle yüksek buhar hızlarında ara yüzey kayma gerilmesinin ihmal edilemiyecek değerde olduğu belirlendi. Ayrıca teorik analiz için yapılan bilgisayar programı Ek-1 de verildi.

ABSTRACT During saturated vapour flew inside a horizontal tube, if the tube is cooled by another fluid along its outside; when the vapour contacts a surface which has a lower temperature than its own condensate temperature, condensation inside the tube and vaporization along its outside take place. The aim of this present study is that the tube materials for film condensation, vapour velocity and tube performance according to the different cooling water rates which are caused to flow the outside of tubes, the film thickness of condensate liquid, the local and overall heat transfer coefficients, the stratified angle of condansate liquid can be determined at the flow with laminer layer-corruzated in which saturated vapor and vapour-uncondansable gas (air) flow occur. This present study consists of five section, the required information about this subject and the studies up to now are presented; furthermore, the flow models and maps are explained so that the flow formand heat transfer coefficients can be determined firstly. At the second section, theorically, as the result of vapour condensation based on film thickness and depending on that, the stratified angle, local and avarege heat transfer coefficients were determined. At this section; for numerical solution, the backward finite differences method was used so that the film thickness could be determined. -Because of the method specification, the initial conditions and values must be known. Nusselt's equation found by Nusselt is used to determine the initial conditions. Moreover, the noncondensable fluid situation is analyzed. At the thind section; the experiment installation, the experiment process and experimental analysis were introduced. At the forth section, the computer program which was propared based on mathematical and theorical model and wi itten with fortran 77 was added. The diagrams were drawn and examined according to the different variables by using provided outputs from the computer's running. The f if tin section consists of the conclusion section at the present study. At this study, three stell, two aluminium and two copper tubes which have different diameters were used to determine aboveXI characteristics. The experiments at four different cooling liquid rates were repeated for each tube. When we repeated the experiments for vapor -uncondensable gas mixture also, we had completed exactly 280 different experiments. To check the safe of the experiment results, the experimental results were checked by using transition criterion based on Taitel-Eukler ' s flow model map. As the result, it was established that data correspond laminar-layer-regular region generally, and correspond layer-corugated region rarely.