Sıvıdan gaza termal enerji transferini gerçekleştiren bir termosifon ısı borusunun üç boyutlu sayısal analizlerinin gerçekleştirilmesi

Abstract

İki-Fazlı-Kapalı Termosifon'ların (TPCT) buharlaşma-yoğuşma süreçlerini modelleyebilmek için yapılan sayısal analiz çalışmalarının büyük bir çoğunluğu 2 boyutlu olarak gerçekleştirilmiştir. Ancak Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizlerin 3 boyutlu olarak gerçekleştirilmesi, özellikle kanatçıklı yapılara sahip TPCT'lerin içerisinde meydana gelen karmaşık akış olayları ile birlikte ısı ve kütle transfer süreçlerinin daha iyi bir şekilde anlaşılmasını sağlayacaktır. Bu çalışmada boydan boya kanatçıklı yapıya sahip olan 25mm ve 40 mm dış çapa sahip TPCT'lerin deneysel ve buharlaşma-yoğuşma süreci ile ısı transfer sürecini detaylı bir şekilde modellemek için kapsamlı 3 boyutlu HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. HAD analizler ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sıvı-buhar arayüz hareketinin izlenebilmesi için Akışkan Hacmi (VOF) yöntemi kullanılmıştır. R404A soğutucu akışkanı çalışma akışkanı olarak belirlenmiştir. Buharlaşma-yoğuşma olayını modelleyebilmek için kütle ve enerji kaynak terimleri C programlama dilinde hazırlanan bir User Defined Functions (UDF) ile Fluent programındaki yönetici denklemlere eklenmiştir. HAD ve deneysel analizlerden elde edilen ortalama sıcaklık sonuçları karşılaştırılarak oldukça iyi bir uyum içerisinde oldukları görülmüştür. Buharlaşma ve yoğuşma olayı ile ısı transfer süreci başarılı bir şekilde modellenerek görselleştirilmiştir. Özellikle literatürde bir sorun haline gelen yoğuşturucu bölümünde meydana gelen zaman gecikmeli yoğuşma olayı deneysel sonuçlara uygun olacak şekilde seçilen kütle aktarım süresi gevşeme parametreleri ile önlenerek söz konusu çalışmada TPCT'nin çalışmaya başlamasıyla birlikte zaman gecikmesi olmadan yoğuşma meydana gelmiştir.

Most of the numerical analysis studies carried out to model the evaporation-condensation processes of Two-Phase-Closed thermosyphons (TPCT) have been carried out in 2D. However, performing Computational Fluid Dynamics (CFD) analyzes in 3D will provide a better understanding of the heat and mass transfer processes together with the complex flow events that occur in TPCTs with finned structures. In this study, the experimental and comprehensive 3D CFD analyzes were carried out to model in detail the evaporation-condensation and heat transfer process of TPCTs with 25mm and 40mm outer diameters, which have a from-end-to-end finned structure. CFD analyzes were performed using ANSYS Fluent software. The Volume of Fluid (VOF) method was used to monitor the liquid-vapor interface motion. R404A refrigerant is designated as working fluid. In order to model the evaporation-condensation phenomenon, the terms mass and energy source were added to the governing equations in the Fluent program with a User Defined Functions (UDF) prepared in the C programming language. The average temperature results obtained from CFD and experimental analyzes were compared and it was seen that they were in good agreement. Evaporation and condensation and the heat transfer process have been successfully modeled and visualized. The time-delayed condensation event that occurred in the condenser section, which has become a problem especially in the literature, was prevented by the selected mass transfer time relaxation parameters in accordance with the experimental results, and condensation occurred without time delay with the start-up of the TPCT in the aforementioned study.