Ranque-Hilsch vorteks tüpünde enerji ayrışmasının deneysel ve termodinamik incelenmesi

Abstract

Vorteks tüpü, hiçbir kimyasal reaksiyon ve dışarıdan uygulanan enerji olmaksızın, sıkıştırılmış gaz akışını eş zamanlı olarak, sıcak ve soğuk olmak üzere iki farklı akışa ayıran basit bir mekanizmadır.Bu tez kapsamında vorteks tüpleriyle ilgili olarak deneysel ve teorik çalışmalar yapılmıştır. Akışkanın test bölgesine girerken maruz kaldığı enerji kaybını ve ani yön değiştirmesini engellemek amacıyla, helisel formda ve farklı uzunluklarda vorteks üreteçleri tasarlanmıştır. Bu geometrik tasarımla birlikle, basınç, tüp uzunluğu ve konik uç açısının sistem performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sıcak akış ve soğuk akış için elde edilen sıcaklıklar arasındaki fark, optimizasyon için hedef parametre seçilmiştir. Seçilen parametrelerin incelenen aralıklarında, maksimum sıcaklık farkını veren değerler optimum değerler olarak tanımlanmıştır. Çalışma kapsamında ayrıca, giriş akışkanının nemi, ortam sıcaklığı ve vorteks tüp yalıtımının etkisi de incelenmiştir. Yine deneysel çalışmalar kapsamında, termal kamera yardımıyla vorteks tüp yüzey sıcaklık dağılımı belirlenmiş ve bu bilgi durma noktasının yerini belirlemekte kullanılmıştır. Ayrıca Termodinamiğin 1. ve 2. yasaları kullanılarak termodinamik analiz yapılmış ve elde edilen sonuçlar termodinamiksel açıdan tartışılmıştır. Nihai olarak, vorteks tüp içerisindeki akış için önemli parametrelerden biri olan durma noktasının yerinin tayininde termal kamera ölçümlerinden yararlanılmıştır.

Vortex tube is a simple device which separates the compressed gas flow into two flows of high and low temperature.In this thesis, experimental and theoretical studies are carried out on vortex tubes. In order to prevent energy loss and sudden change in the direction of the flow, helical vortex tubes are designed at different length. Besides the vortex generators, effects of L/D, angle of control valve and pressure on the performance of the system are investigated. The temperature difference between cold and hot flows has been chosen as a target parameter for optimization. Fort the values investigated the ones which have given the maximum temperature difference, have been chosen as optimum values. Also, humidity of working air, temperature of environment and insulation effect of Vortex tube have been investigated. Furthermore, by using the first and second laws of thermodynamics, the thermo dynamical analysis has been done. The results have been investigated in view of these laws. Lastly, the location of stagnation point has been determined by using thermal camera.