Embed Size (px)
Citation preview
i
İÇİNDEKİLER
Sayfa
İÇİNDEKİLER ............................................................................................................. i
ÖZET ......................................................................................................................... iv
ABSTRACT................................................................................................................ vi
TEŞEKKÜR..............................................................................................................viii
ŞEKİLLER DİZİNİ..................................................................................................... iv
ÇİZELGELER DİZİNİ ............................................................................................... xi
SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ...............................................................xii
1.GİRİŞ.....................................................................................................................................................................1
1.1. Isı Değişim Şekline Göre Sınıflama...................................................................... 3
1.1.1. Akışkanlar Arasında Doğrudan Temasın Olduğu Isı Değiştiricileri.................. 3
1.1.2. Akışkanların Doğrudan Temasın Olmadığı Isı Değiştiricileri ........................... 3
1.2. Isı Geçişi Yüzeyinin Isı Geçişi Hacmine Oranına Göre Sınıflama....................... 3
1.3. Farklı Akışkan Sayısına Göre Sınıflama............................................................... 3
1.4. Isı Geçişi Mekanizmasına Göre Sınıflama............................................................ 4
1.5. Konstrüksiyona Göre Sınıflama............................................................................ 4
1.5.1. Borulu ısı değiştiricileri ..................................................................................... 4
1.5.1.1. Düz Borulu Isı Değiştiricileri.......................................................................... 5
1.5.1.2. Spiral Borulu Isı Değiştiricileri....................................................................... 5
1.5.1.3. Gövde Borulu Isı Değiştiricileri...................................................................... 5
1.5.1.4. Özel Gövde-Borulu Isı Değiştiricileri............................................................. 6
1.5.2. Levhalı Isı Değiştiricileri ................................................................................... 6
1.5.2.1. İnce Film Isı Değiştiricileri ............................................................................. 6
1.5.2.2. Contalı Levhalı Isı Değiştiricileri.................................................................... 7
1.5.2.3. Spiral Levhalı Isı Değiştiricileri...................................................................... 7
1.5.2.4. Lamelli Isı Değiştiricileri ................................................................................ 7
1.5.3. Kanatlı Yüzeyli Isı Değiştiricileri ...................................................................... 8
1.5.3.1. Levhalı Kanatlı Isı Değiştiricileri ................................................................... 8
1.5.3.2. Borulu Kanatlı Isı Değiştiricileri..................................................................... 9
1.5.4. Rejeneratif Isı Değiştiricileri.............................................................................. 9
1.5.4.1. Sabit Dolgu Maddeli Rejeneratörler ............................................................... 9
ii
1.5.4.2. Döner Dolgu Maddeli Rejeneratörler............................................................ 10
1.5.4.3. Paket Yataklı Maddeli Rejeneratörler........................................................... 10
1.5.5. Karıştırmalı Kaplarda Isı Değişimleri.............................................................. 10
1.6. Akıma Göre Sınıflama ........................................................................................ 10
1.6.1. Tek Geçişli Isı Değiştiricileri ........................................................................... 11
1.6.1.1 Paralel Akımlı Isı Değiştiricileri .................................................................... 11
1.6.1.2. Ters Akımlı Isı Değiştiricileri ....................................................................... 11
1.6.1.3. Çapraz Akımlı Isı Değiştiricileri................................................................... 12
1.6.2. Çok Geçişli Isı Değiştiricileri........................................................................... 12
1.6.2.1. Çapraz Ters ve Paralel Akımlı Isı Değiştiricileri .......................................... 13
1.6.2.2. Çok Geçişli Gövde Borulu Isı Değiştiricileri................................................ 13
1.6.2.3. n Adet Paralel Levha Geçişli Isı Değiştiricileri ............................................ 14
2. KAYNAK ÖZETLERİ............................................................................................... 15
3. MATERYAL VE YÖNTEM ...................................................................................... 18
3.1. Kanatçıklı Borulu Isı Değiştirici ......................................................................... 18
3.1.1. Kanatçıklı Borulu Isı Değiştirici Bağıntıları .................................................... 20
3.2. Materyal .............................................................................................................. 29
3.2.1. Materyalin Fiziksel Özellikleri ........................................................................ 29
3.2.1.1. Kompresör..................................................................................................... 29
3.2.1.2. Basma Borusu ............................................................................................... 29
3.2.1.3. Kondenser (Yoğuşturucu) ............................................................................. 30
3.2.1.4. Sıvı Tankı ...................................................................................................... 30
3.2.1.5. Sıvı Borusu.................................................................................................... 30
3.2.1.6. Genleşme (Kısılma) Valfi ............................................................................. 30
3.2.1.7. Evaporatör (Buharlaştırıcı) ........................................................................... 31
3.2.1.8. Emme Borusu................................................................................................ 31
3.2.2. Materyalin Montaj Aşaması ............................................................................. 31
3.3. Programlama ....................................................................................................... 33
3.3.1. Microsoft Visual Studio Programı ................................................................... 33
3.3.2. Programlama Dili ............................................................................................. 37
3.3.2.1. C# Programlama Dili ................................................................................... 38
3.3.2.2. Programın Arayüzleri.................................................................................... 40
iii
3.3.2.3. C# Programlama Dili ile Kod Yazımı........................................................... 47
4. ARAŞTIRMA BULGULAR ...................................................................................... 62
5. SONUÇ.................................................................................................................... 66
6. KAYNAKLAR ......................................................................................................... 68
iv
ÖZET
Yüksek Lisans Tezi
SOĞUTUCU AKIŞKAN-HAVA İLE ÇALIŞAN ISI DEĞİŞTİRİCİLERİNİN
TEORİK VE DENEYSEL İNCELENMESİ
Melik Ziya YAKUT
Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Eğitimi Anabilim Dalı
Jüri: Yrd. Doç. Dr. İbrahim ÜÇGÜL
Yrd. Doç. Dr. Reşat SELBAŞ (Danışman) Yrd. Doç. Dr. Arzu ŞENCAN
Bu çalışmada, öncelikle ısı değiştiricilerinin boyutlandırma parametrelerini hesaplayarak, tasarımına olanak sağlayan bir bilgisayar programı geliştirilmesi amaçlanmıştır. Daha sonra, çalışmanın deneysel bir düzeneği kurularak elde edilen veriler ile bilgisayar sonuçları karşılaştırılarak hesaplamanın doğruluğu ve kullanılabilirliliği belirlenmeye çalışılmıştır.
Bu amaçla, öncelikle ısı değiştiricilerinin genel bir tanımı yapılarak, sınıflandırılmış, çalışma şekilleri ve kullanım alanları tespit edilmiştir. Bu anlamda soğutucu serpantin tipi ısı değiştiricilerinin sanayi ve teknolojideki yeri ve önemi vurgulanmıştır. Ayrıca, bu tipteki ısı değiştiricilerinin boyutlandırılmasına ait parametrelerin belirlenmesindeki zorluklar ortaya konulmuştur. Böylece optimum boyutların belirlenmesine olanak sağlayan, C# bilgisayar programlama diliyle hem görsel hem de kullanım kolaylığı ile her türlü ısı değiştirici seçeneklerine ait değişkenleri dikkate alan çok hassas çözümler üreten bir bilgisayar programı oluşturulmuştur. Böyle bir programlama ile bilgisayar yardımıyla ısı değiştiricilerinin ısıl hesaplarının yapılması ve ısı transfer yüzeyi ile boru adetlerinin belirlenmesi yoluyla boyutlandırılması amaçlanmıştır.
Programın ilk formunda genel bir çözümü sağlamak amacıyla çoktan seçmeli farklı tip ısı değişicilerinin tanımına olanak sağlanmıştır. Burada matematiksel modeli incelenmiş olan soğutucu serpantin tipi ısı değiştiricilerinin ilgili parametreleri detaylı bir şekilde yer almaktadır. Akışkanların giriş-çıkış sıcaklık değerleri, kütlesel debileri, seçilecek olan boruların iç ve dış çapları programa dışarıdan veri olarak girilerek yapılan hesaplamalar sonucunda ısı değiştiricisi boyutları hesaplanmaktadır. Elde edilen çözümler ile literatürde verilen değerlerle deneysel bir modeli oluşturulan ısı değiştiricisinin optimum boyutlarıyla gerçekten geçerli bir yaklaşıklık sağlamaktadır.
v
Ayrıca hazırlanan program, gaz ve sıvı akışkanların fiziksel özelliklerinin sıcaklığa bağlı olarak hassas bir şekilde hesaplanacak yazılımlar da içermektedir. Bu özellikler gerekli olan yerlerde hassasiyetle hesaplanarak program tarafından atanmıştır. Su ve hava için sıcaklık değerlerine bağlı olarak yoğunluk, ısı iletim katsayısı, Prandtl sayısı, özgül ısı ve dinamik viskozite gibi değerler ile neme bağlı değerler hesaplanmıştır. Kullanılan tüm bağıntılar, ilgili literatürlerde verilen doğruluğu kanıtlanmış amprik ifadelerdir.
Yapılan çalışma, özellikle havadan sıvıya ısı değişicileri için yapılacak deneysel ve teknolojik uygulamalar ile teorik çalışmalara çok önemli katkılar sağlayacaktır.
Anahtar Kelimeler: Soğutucu akışkan-Hava ısı değiştiricileri. Evaporatör. Soğutucu serpantin.
2007, 74 sayfa
vi
ABSTRACT
M.Sc. Thesis
THEORETICAL AND EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF HEAT
EXCHANGERS WORKING WITH REFRIGERANT - AIR
Melik Ziya YAKUT
Süleyman Demirel University Graduate School of Applied and Natural Sciences
Technical Education of Machine Department
Thesis Committee: Yrd. Doç. Dr. İbrahim ÜÇGÜL Yrd. Doç. Dr. Reşat SELBAŞ (Supervisor)
Yrd. Doç. Dr. Arzu ŞENCAN
Scope of this study is firstly, developing a computer program that designs heat exchangers by calculating dimension parameters. Secondly, an experimental setup of the study is assembled. The results of computer program are compared with the obtained experimental results for determining the usability of the computer program.
For this aim, primarily, a general definition of heat exchangers is made including classification, working types and working fields. The uses of cooling types of heat exchangers in industrial and technological fields are emphasized. Additionally, the difficulties of determining the dimensioning parameters of heat exchangers are examined. Also, a simple and visual computer program is carried out with C# programming language which produces sensitive solutions by taking into consideration of the parameters of all kinds of heat exchangers. Dimensioning of heat exchangers is aimed with thermal calculations and determining heat transfer surface and number of pipes by this kind of programming.
In the first form of the program a possibility is provided which defines different types of heat exchangers for a general solution. This form includes detailed information about parameters of cooling heat exchangers with mathematical models. The heat exchanger dimensions are calculated by computation of inputted inlet and outlet temperatures, mass flow rates of the fluids and inlet and outlet diameters of pipes. Comparing the obtained results by computer program and experimental setup that is assembled with the data obtained from literature shows a truly valid approximation.
Additionally, the computer program includes software that calculates physical properties of gas and liquid fluids in terms of temperature with sensitivity. These properties are assigned by program with calculation with sensitivity when required. Properties such as density, coefficient of thermal conductivity, Prandtl number,
vii
specific heat and dynamic viscosity and properties of moist air are calculated for water and air in terms of temperature. All of the correlations that are given in the literature are proved empiric expressions.
This study will provide very important contributions especially to experimental and technological applications that are will be for air to liquid heat exchangers
Key Words: Refrigerant-air heat exchangers, Evaporator, Cooling serpentine
2007, 74 pages
viii
TEŞEKKÜR
Bu araştırma için beni yönlendiren, karşılaştığım zorlukları bilgi ve tecrübesi ile
aşmamda yardımcı olan değerli Danışman Hocam Yrd. Doç. Dr. Reşat SELBAŞ’a,
Yrd. Doç. Dr. Arzu ŞENCAN’a teşekkürlerimi sunarım. Literatür araştırmalarımda
yardımcı olan değerli hocam Arş. Gör. Ahmet KABUL’e ve Arş. Gör. Önder
KIZILKAN’a teşekkür ederim.
Tezimin her aşamasında beni yalnız bırakmayan aileme sonsuz sevgi ve saygılarımı
sunarım.
Melik Ziya YAKUT
ISPARTA, 2007
ix
ŞEKİLLER DİZİNİ
Şekil 1.1 Isı değiştiricilerinin konstrüksiyonları .......................................................... 4
Şekil 1.2 Borulu ısı değiştiricileri ................................................................................ 5
Şekil 1.3 Levhalı ısı değiştiricileri ............................................................................... 6
Şekil 1.4 Kanatlı yüzeyli ısı değiştiricileri................................................................... 8
Şekil 1.5 Rejeneratif ısı değiştiricileri.......................................................................... 9
Şekil 1.6 Akıma göre sınıflandırma ........................................................................... 10
Şekil 1.7 Tek geçişli ısı değiştiricileri........................................................................ 11
Şekil 1.8 Paralel akımlı ısı değiştiricisi...................................................................... 11
Şekil 1.9 Ters akımlı ısı değiştiricisi.......................................................................... 12
Şekil 1.10 Çapraz akımlı ısı değiştiricisi.................................................................... 12
Şekil 1.11 Çok geçişli ısı değiştiricileri ..................................................................... 13
Şekil 3.1 Kanatçıklı borulu ısı değiştirici................................................................... 18
Şekil 3.2 Alüminyum kanatçıklı borulu ısı değiştirici ............................................... 20
Şekil 3.3 Montaj şeması ............................................................................................. 31
Şekil 3.4 Soğutucu serpantinin montajı 1 .................................................................. 32
Şekil 3.5 Soğutucu serpantinin montajı 2 .................................................................. 32
Şekil 3.6 Soğutucu serpantinin hazırlanmış son hali ................................................. 33
Şekil 3.7 Visual Studio 2002...................................................................................... 34
Şekil 3.8 Visual Studio 2003...................................................................................... 34
Şekil 3.9 Visual Studio 2005...................................................................................... 35
Şekil 3.10 Isı değiştiricileri giriş ekranı ..................................................................... 40
Şekil 3.11 Soğutucu serpantin tipi ısı değiştirici veri giriş formu ............................. 41
Şekil 3.12 Soğutucu serpantin tipi ısı değiştirici verileri ........................................... 41
Şekil 3.13 Soğutucu serpantine ait değerlerin 5 adımda hesaplanması ..................... 42
Şekil 3.14 1.Adım-su ve havaya ait değerlerin hesaplanması.................................... 42
Şekil 3.15 2.Adım-Su buharı ve nemli havaya ait hesaplama ekranı......................... 43
Şekil 3.16 2.Adım-su buharı ve nemli havaya ait değerlerin hesaplanması .............. 43
Şekil 3.17 3.Adım-Q, K ve A değerlerinin hesaplanması.......................................... 44
Şekil 3.18 3.Adım- Q, K ve A değerlerinin sonuçları................................................ 44
Şekil 3.19 4.Adım- Su buharı ve nemli havaya ait fiziksel özelliklerin hesabı ........ 45
x
Şekil 3.20 4.Adım- Su buharı ve nemli havaya ait fiziksel özelliklerin sonuçları.... 45
Şekil 3.21 5.Adım- Kompaktlık ve logaritmik sıcaklık farkı hesaplama ekranı........ 46
Şekil 3.22 5.Adım- Kompaktlık ve logaritmik sıcaklık farkı sonuçları ..................... 46
Şekil 3.23 Açılış ekranı .............................................................................................. 47
Şekil 3.24 Proje türü seçme ekranı............................................................................. 47
Şekil 4.1 Su debisinin hava debisine bağlı değişim grafiği ....................................... 62
Şekil 4.2 Toplam soğutma yükünün hava debisine bağlı değişim grafiği ................. 62
Şekil 4.3 Boru yüzey alanının hava debisine bağlı değişim grafiği ........................... 63
Şekil 4.4 Boru kesit alanının hava debisine bağlı değişim grafiği ............................. 63
Şekil 4.5 Serpantin uzunluğunun hava debisine bağlı değişim grafiği ...................... 64
Şekil 4.6 Boru sayısının hava debisine bağlı değişim grafiği .................................... 64
Şekil 4.7 Serpantin giriş alanının hava debisine bağlı değişim grafiği ...................... 65
xi
ÇİZELGELER DİZİNİ
Çizelge 1.1 Isı değiştiricilerinin sınıflama türleri ........................................................ 2
Çizelge 3.1 C#’ da kullanılan matematiksel fonksiyonlar ......................................... 48
xii
SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ
A Isı değiştiricisi alanı
a Isı yayılım katsayısı
BK Kanatlar arası mesafe
cp Özgül ısı
D Boru çapı
h Entalpi
H Yükseklik
Hacim Hacim
K Isı transfer katsayısı
Kanat Kanatçık kalınlığı
Kompakt Kompaktlık
L Uzunluk
m Kütle debisi
NBoru Boru sayısı
NR Derinlik doğrultusundaki sıra sayısı
xiii
P Basınç
Pr Prandtl sayısı
Q Soğutma yükü
R Direnç
T Sıcaklık
w Özgül nem
W Genişlik
V Özgül hacim
Z Kanatçık sayısı
ΔT Logaritmik sıcaklık farkı
ρ Yoğunluk
μ Dinamik viskozite
λ Isı iletim katsayısı
1 Giriş
2 Çıkış
Buhar Su buharı
xiv
ciğ Çiğ noktası
d doyma noktası
dış Dış boru
h hava
Islak Islak hava
iç İç boru
Kuru Kuru hava
S Su
Sınır Sınır değer
Top Toplam
1
1. GİRİŞ
Mühendislik uygulamalarının en önemli ve en çok karşılaşılan işlemlerinden birisi,
farklı sıcaklıklardaki iki veya daha fazla akışkan arasındaki ısı değişimidir. Bu
değişimin yapıldığı cihazlar, genelde ısı değiştirici olarak adlandırılmakta olup,
pratikte termik santrallerde, kimya endüstrilerinde, ısıtma, iklimlendirme, soğutma
tesisatlarında, taşıt araçlarında, elektronik cihazlarda, alternatif enerji kaynaklarının
kullanımında, ısı depolanması vb. birçok yerde bulunabilmektedir. Pratikte,
kullanılan bu ısı değiştiricilerine birbirinden katı bir cidar ile ayrılan iki akışkan
arasındaki ısı geçişi en basit örnektir.
Isı değiştiricileri, kullanım gayesine, ısı geçiş şekline, akış türüne, akışkan sayısına veya
akışkanların faz değişimlerine göre, değişik konstrüksiyonlarda, kapasitelerde ve
boyutlarda Çizelge 1.1’deki gibi sınıflanabilir. Mühendislik uygulamalarında çok
değişik tiplerde bulunabilen ısı değiştiricilerinin, kullanıldığı alana göre dizaynı ve
optimizasyonu büyük önem taşımaktadır. Isı değiştiricilerinin dizaynı ve
optimizasyonunda pek çok parametre etkilidir. Isı değiştiricinin konstrüksiyonu,
performans parametreleri (sıcaklıklar, debiler, basınç düşümleri), akışkanların tipleri,
fazları, ekonomik faktörleri, ısı geçiş mekanizması, ısı değiştiricilerinin tasarımında
ve verimli bir şekilde kullanılmasında etkilidir.
Mühendislik uygulamalarında pek çok ısı değiştirici konstrüksiyonları
kullanılmaktadır. Bunlar; borulu ısı değiştiriciler, plakalı ısı değiştiricileri,
genişletilmiş yüzeyli ısı değiştiricileri ve rejeneratif ısı değiştiricileridir. Hava
soğutmalı ısı değiştiricileri, soğutma sistemlerinde geniş bir uygulama alanı sahiptir.
Hava soğutmalı ısı değiştiricileri, çevre havasının boruların dışından akarken,
boruların içinden akan akışkanı yoğuşturmak ve/veya soğutmak için kullanılan
borusal ısı değiştiricileridir. İmalat safhasından önce bu ısı değiştiricilerinden
optimum verim alabilmek için alternatif bilgisayar programlarıyla sistemin tasarımı
ve simülasyonu konusunda faydalanılabilir.
2
Çizelge 1.1 Isı değiştiricilerinin sınıflama türleri (Genceli, 1983)
I)Isı Değişim Şekline Göre Sınıflama a) Akışkanların doğrudan temaslı olduğu ısı değiştiricileri b) Akışkanlar arasında doğrudan temasın olmadığı ısı değiştiricileri
II)Isı Geçişi Yüzeyinin Isı Geçişi Hacmine Oranına Göre Sınıflama(Kompaktlık)
a) Kompakt olmayan ısı değiştiricileri b) Kompakt ısı değiştiricileri
III) Akışkan Sayısına Göre Sınıflama a) İki akışkanlı b) Üç akışkanlı c) Çok akışkanlı
IV) Isı Geçişi Mekanizmasına Göre Sınıflama a) İki tarafta da tek fazlı akış b) Bir tarafta tek fazlı, diğer tarafta çift fazlı akış c) İki tarafta da çift fazlı akış d) Taşınımla ve ışınımla beraber ısı geçişi
V) Konstrüksiyon Özeliklerine Göre Sınıflama
a) Borulu ısı değiştiricileri • Düz borulu ısı değiştiricileri • Spiral borulu ısı değiştiricileri • Gövde borulu ısı değiştiricileri
b) Levhalı ısı değiştiricileri • Contalı levhalı ısı değiştiricileri • Spiral levhalı ısı değiştiricileri • Lamelli ısı değiştiricileri
c) Kanatlı yüzeyli ısı değiştiricileri • Levhalı kanatlı ısı değiştiricileri • Borulu kanatlı ısı değiştiricileri
d) Rejeneratifısı değiştiricileri • Sabit dolgu maddeli rejeneratörler • Döner dolgu maddeli rejeneratörler
e) Karıştırmalı Kaplar
VI) Akıma Göre Sınıflama
a) Tek geçişli ısı değiştiricileri • Paralel akımlı ısı değiştiricileri • Ters akımlı ısı değiştiricileri • Çapraz akımlı ısı değiştiricileri
b) Çok geçişli ısı değiştiricileri • Çapraz-ters ve çapraz-paralel akımlı ısı değiştiricileri • Çok geçişli gövde-borulu ısı değiştiricileri • n adet paralel levha geçişli ısı değiştiricileri
3
1.1.Isı Değişim Şekline Göre Sınıflama
Isı değiştiricileri, akışkanlar arasında veya katı cisimlerle bir akışkan arasında
doğrudan veya dolaylı temaslı olmasına göre ikiye ayrılır (Genceli 1983).
1.1.1. Akışkanlar Arasında Doğrudan Temasın Olduğu Isı Değiştiricileri
Isı, doğrudan temaslı ısı değiştiricilerinde aralarında doğrudan temasın olduğu soğuk
ve sıcak akışkanlar arasından iletilir. Tek sınırlama, akışkanların karıştırılamaz
cinsten olmasıdır. Soğutma kuleleri, püskürtmeli ve tablalı yoğuşturucular bu tip ısı
değiştiricilerine iyi birer örneklerdir.
1.1.2. Akışkanların Doğrudan Temasın Olmadığı Isı Değiştiricileri
Dolaylı temaslı ısı değiştiricilerinde, ısı enerjisinin bir ısı transferi yüzeyi (akışkanları
ayıran bir cidar) boyunca sıcak ve soğuk akışkanlar arasından değişimi sağlanır. Isı
enerjisi, ayırıcı cidar boyunca transfer edilirken soğuk ve sıcak akışkanlar aynı anda akarlar
ve bu akışkanlar birbirlerine karışmazlar (Çeteci 1999).
1.2.Isı Geçişi Yüzeyinin Isı Geçişi Hacmine Oranına Göre Sınıflama
Bu sınıflama kompakt olan ve kompakt olmayan olarak ikiye ayrılır. Yüzey alanı
oranı (β) 700 m2/m3 büyük ise kompakt, küçük olursa kompakt olmayan olarak
sınıflandırılır (Genceli 1983).
1.3.Farklı Akışkan Sayısına Göre Sınıflama
Isı değiştiricileri iki, üç ve çok akışkanlı olarak sınıflandırılabilirler. Çoğunlukla ısı
değiştiricileri iki akışkanlıdır. Üç akışkanlı ısı değiştiricileri kriyojenide geniş
4
uygulama alam bulduğu gibi hava ayırma sistemleri, saflaştırma, hidrojenin
sıvılaştırılması, amonyak sentezi gibi kimyasal ve proses endüstrilerinde de
kullanılırlar. Üç ve çok bileşenli ısı değiştiricilerinin tasarımı oldukça karmaşıktır.
1.4.Isı Geçişi Mekanizmasına Göre Sınıflama
İki tarafta da tek fazlı akış, bir tarafta tek fazlı diğer tarafta çift fazlı akış, iki tarafta
da çift fazlı akış, taşınımla ve ışınımla beraber ısı geçişi olmak üzere dörde ayrılır.
1.5.Konstrüksiyona Göre Sınıflama
Isı değiştiricileri genellikle Şekil 1.1' deki gibi konstrüksiyon özelliklerine göre
karakterize edilir.
Şekil 1.1 Isı değiştiricilerinin konstrüksiyonları
1.5.1. Borulu ısı değiştiricileri
Bu tip ısı değiştiricileri eliptik, dikdörtgen ve genellikle de dairesel borulardan
meydana gelmiştir. Akışkanlardan biri borunun içinde, diğer akışkan işe borunun
dışında akar. Boruların çapları, sayıları, uzunlukları, merkezleri arası mesafe ve boru
düzeni değişebilir. Bu tip ısı değiştiricileri yüksek basınçlarda rahatlıkla
kullanılabilir. Bu tip, dört grupta incelenir (Şekil 1.2).
Isı Değiştiricilerinin Konstrüksiyonları
Borulu Isı Değiştiricileri
Levhalı Isı Değiştiricileri
Kanatlı Yüzeyli Isı
Değiştiricileri
Rejeneratif Isı Değiştiricileri
Karıştırmalı Kaplarda Isı
Değişimi
5
Şekil 1.2 Borulu ısı değiştiricileri
1.5.1.1. Düz Borulu Isı Değiştiricileri
Pratikte çift borulu olanların yanı sıra, boru demetinden yapılmış çeşitlerine de
rastlanılır. Çift borulu olanlar, en basit ısı değiştirici tipidir. Sistem genellikle aynı
eksenli iki borudan yapılır. Akışkanlardan biri içteki borudan akarken, diğer akışkan
dışarıdaki borudan akar. Akışkanların akış yönleri paralel veya ters akımlı olabilir
(Genceli, 1983).
1.5.1.2. Spiral Borulu Isı Değiştiricileri
Bir veya daha fazla borudan yapılmış spiral ile bu spiralin dışındaki bir depodan
meydana gelir (Genceli, 1983). Soğutma sistemlerinde kullanılan yan eksenel
kondenser ve yan eksenel evaporatör olarak da tasarlanabilir. Spiral boruların ısı
transfer katsayısı, düz borulardakine göre daha yüksektir. Isıl genleşmelerin
oluşturduğu gerilme problemleri bu ısı değiştiricilerinde yoktur (Genceli 1983).
1.5.1.3. Gövde Borulu Isı Değiştiricileri
Bu ısı değiştiricisi, silindirik bir gövde ile bunun içindeki birbirine paralel borulardan
meydana gelir. Akışkanlardan biri boruların içinden, diğer akışkan ise gövde içinden
akar (Genceli, 1983). Ana elemanları borular (veya) boru demeti, gövde, boruların
tespit edildiği ön ve arka aynalar ile gövde içindeki akışı yönlendiren perdelerdir.
Petrol rafinelerinde, termik santrallerde, kimya endüstrisinde, nükleer santrallerde,
güç santrallerinde ön ısıtıcı olarak kullanılır.
Borulu Isı Değiştiricileri
Düz Borulu Isı Değiştiricileri
Spiral Borulu Isı Değiştiricileri
Gövde Borulu Isı Değiştiricileri
Özel Gövde-Borulu Isı Değiştiricileri
6
1.5.1.4. Özel Gövde-Borulu Isı Değiştiricileri
Bu ısı değiştiricileri konstrüktif olarak klasik gövde borulu ısı değiştiricilere
benzemesine rağmen, özel kullanımlar için imal edilirler (Genceli, 1983). Korumalı
gövde-borulu ve grafit gövdeli ısı değiştirici gibi modelleri vardır.
1.5.2. Levhalı Isı Değiştiricileri
Bu tip ısı değiştiricilerinde akış, oluklu kanatlar arasına sıkıştırılmış olan yassı ince
metal levhalarla ayrılmıştır. Bu yüzey düz veya dalgalı olabilir. Borulu tip gibi yüksek
basınç ve sıcaklıkta kullanılamazlar. Tabloda görüldüğü üzere dört grupta incelenir
(Şekil 1.3).
Şekil 1.3 Levhalı ısı değiştiricileri
1.5.2.1. İnce Film Isı Değiştiricileri
Çok yüksek viskoziteli ve sıcaklığa duyarlı maddelerin ısıtılmasında ve
soğutulmasında ince film ısı değiştiricileri önemli uygulama alanı bulur. Değiştirici
içinde sıcağa duyarlı maddelerin kısa kalış süresi ve büyük ısı taşınım katsayılarına
sahip olmaları nedeniyle, pratikte çoğu zaman bu ısı değiştiricileri buharlaştırıcı
olarak kullanılır (Genceli, 1983).
Levhalı Isı Değiştiricileri
İnce Film Isı Değiştiricileri
Contalı Levhalı Isı Değiştiricileri
Spiral Borulu Isı Değiştiricileri
Lamelli Isı Değiştiricileri
7
1.5.2.2. Contalı Levhalı Isı Değiştiricileri
Akışkanları ayıran oluklu ya da dalgalı şekildeki ince levhalardan bir paket yapılarak elde
edilir. Metal levhalar arasında contalar vardır. İstenildiği kadar levha ilave edilerek yüzey
artırılabilir. Levhalar arası boşluklardan akışkanlar akar. Isı transferi bütün levha yüzeyi
boyunca olur. Kolaylıkla temizlenebildikleri için besin, içki, süt, makyaj ve kâğıt
endüstrilerinde geniş olarak kullanılırlar. Levha kalınlığı genellikle 0.5-1.2 mm, levhalar
arasındaki boşluk ise 5-6 mm değerindedir. Levha malzemesi olarak karbonlu çelik,
alüminyum, bakır ve bakır alaşımları, paslanmaz çelik, nikel ve molibden alaşımlan
kullanılabilir.
1.5.2.3. Spiral Levhalı Isı Değiştiricileri
İki uzun paralel levhanın spiral şeklinde sarılması ile elde edilir; İki levha arasına konulan
sapmalar ile düzgün bir boşluk sağlanabilir. Levhaların iki tarafı contalı bir kapak ile
kapatılır. Akışkanlar birbirine ters veya paralel akacak şekilde düzenlenebilir. Temizlenmesi
kolay olduğundan bu ısı değiştiricisi tortu yapabilecek akışkanlar için çok uygundur. Bu
yüzden özellikle kâğıt endüstrisinde, sülfat ve sülfit fabrikalarında bu ısı değiştiricisi tercih
edilir. Oldukça kompakt olmalarının yanında özel imalatları nedeniyle pahalıdırlar.
Maksimum yüzey 150 m2, maksimum işletme basıncı 10 bar ve maksimum işletme sıcaklığı
500 °C ile sınırlıdır.
1.5.2.4. Lamelli Isı Değiştiricileri
Lamelli ısı değiştiricisi gövde içine yassılaştınlmış borulardan yapılmış bir demetin
yerleştirilmesi ile elde edilir. Bu borulara lamel adı verilir ve genellikle nokta veya elektrik
dikiş kaynağı ile birbirine tutturulur. Gövde içinde ayrıca perdeler bulunmaz. Akışkanlar
birbirine göre ters veya paralel akabilir. Hidrolik çap küçük olduğundan büyük ısı taşınım
katsayılan elde edilebilir. Teflon conta kullanıldığında maksimum 200 °C, asbest conta
kullanıldığında 500 °C sıcaklık değerlerine ve 20 bar basınca kadar çıkılabilir. Bu ısı
değiştiricileri kağıt, besin ve kimya endüstrilerinde uygulama alanı bulmaktadır .
8
1.5.3. Kanatlı Yüzeyli Isı Değiştiricileri
Ana ısı transfer yüzeyinde (boru veya levha) kanatların veya diğer ilave çıkıntıların ısı
transfer yüzeyini artırmak amacıyla kullanıldığı ısı değiştiricileridir. Gaz tarafındaki
ısı transfer katsayısı, sıvı tarafındakinden daha düşük olduğu için kanatlı ısı transfer
yüzeyleri genelde gaz tarafında kullanılırlar. İki grupta incelenebilirler (Şekil 1.4).
Şekil 1.4 Kanatlı yüzeyli ısı değiştiricileri
1.5.3.1. Levhalı Kanatlı Isı Değiştiricileri
Genelde düşük sıcaklık tesislerinde ve akışkanlar arası sıcaklık farkının (1°C 'den 5
°C 'ye kadar) düşük olduğu yerlerde kullanılırlar. Sahip oldukları akışa göre çeşitli
şekillerde (paralel, ters veya çapraz akış) düzenlenebilirler. Birim hacmin ısı transfer
alanına olan oranı 2000 m2/m3 civarında olduğundan oldukça kompakt yapıya sahip
oldukları söylenebilir. Levhalar boyunca ve levhadan levhaya iyi bir akış dağılımı
sağlamak için bu ısı değiştiricilerinin girişine özel sistemler konur. Levhalar 0.5-1.0
mm ve kanatlar 0.15-0.75 mm kalınlığındadır. Kanatlar, paralel levhalar halindeki
yüzeyler arasına mekanik olarak preslenerek, lehimlenerek veya kaynak ile
tutturulur. Kanat tipleri: Düz kanat, düz-delikli kanat, testere dişli kanat, dalgalı
kanat. Levhalı-kanatlı ısı değiştiricilerinin uygulama yeri bulduğu alanlar: gaz ve
buhar türbinleri, otomobil, kamyon, uçak motorları, soğutma sistemleri, ısı
pompalan, soğutma makineleri, klima tesisleri, elektronik devrelerin soğutulması,
nükleer santraller ve kimya endüstrisidir. Dört grupta incelenir.
Kanatlı Yüzeyli Isı Değiştiricileri
Levhalı Kanatlı Isı Değiştiricileri Borulu Kanatlı Isı Değiştiricileri
9
1.5.3.2. Borulu Kanatlı Isı Değiştiricileri
Bu ısı değiştiricileri bir tarafında gaz, diğer tarafında sıvı bulunduğu durumlarda
kullanılırlar. Gaz tarafındaki ısı transfer katsayısı, sıvı tarafındakinden daha düşük olduğu
için genellikle kanatlar gaz tarafında kullanılırlar. Borulu-kanatlı ısı değiştiricisi, kanatların
boru dizilerinin dış tarafına sabitleştirildiği bir yapıdır.-Bu kanatlar boru eksenine dik,
eksene paralel, çaprazlama veya helisel şekillerde olabilir. Boru eksenine paralel olarak
yerleştirilen kanatlar çoğunlukla çift borulu veya perdesiz gövde borulu ısı
değiştiricilerinde kullanılırlar. Boru içinde kanatların kullanıldığı yerler soğutma
sistemlerindeki kondenserler ve evaporatörlerdir. Kanatlar boru cidarına döküm, kaynak,
lehim veya sıkı geçme tekniği ile tutturulabilirler. Bu tiplerin uygulama yerleri olarak
güç santralleri, pervaneli soğutma grupları, taşıtlar, klima cihazları ve soğutma tesisatlarıdır
(Çeteci, 1999).
1.5.4. Rejeneratif Isı Değiştiricileri
Isının depolanarak transfer edildiği ısı değiştiricileridir. Isı geçişi dolaylıdır. Üç tipi vardır
(Şekil 1.5).
Şekil 1.5 Rejeneratif ısı değiştiricileri
1.5.4.1. Sabit Dolgu Maddeli Rejeneratörler
Bu ısı değiştiricisinde gaz akış yönü sabit dolgu maddesine ve sabit dolgu
maddesinden başka yöne saptırılır. Sürekli bir çalışma sağlamak için aynı tipten en
az iki rejeneratöre gerek vardır. Birçok yerde üç veya dört rejeneratör aynı anda
kullanılır. Yüksek fırınlarda, cam fabrikalarında ve düşük sıcaklık işletmelerinde
havanın ayrılmasında kullanılırlar.
Rejeneratif Isı Değiştiricileri
Sabit Dolgu Maddeli Rejeneratörler
Döner Dolgu Maddeli Rejeneratörler
Paket Yataklı Maddeli Rejeneratörler
10
1.5.4.2. Döner Dolgu Maddeli Rejeneratörler
Bunlar disk ve silindir (kasnak) tipi olmak üzere iki grupta toplanabilir. Disk tipi
rejeneratörlerde, ısı transfer yüzeyi disk şeklindedir ve akış eksenel yöndedir. Kasnak
tipinde ise dolgu maddesi içi boş silindir şeklinde olup, akış radyal yöndedir. Gaz türbinleri
ve taşıtlarda kullanılabilirler.
1.5.4.3. Paket Yataklı Maddeli Rejeneratörler
Paket yataklı rejeneratörlerin konstrüksiyonları çok basit olmalarına rağmen basınç
kayıpları fazladır.
1.5.5. Karıştırmalı Kaplarda Isı Değişimleri
Karıştırmalı kaplar, özellikle aralıklı çalışan ısıtma ve soğutma işlemlerinde çok
kullanılan cihazlardır. Karıştırıcı kaplar içindeki akışkanlar, ya dış yüzeyinden ceket
tipi ya da kap içine yerleştirilen serpantinler yardımıyla ısıtabilir veya soğutabilirler.
1.6.Akıma Göre Sınıflama
Isı değiştiricilerinde akışkanın değişik şekillerde düzenlenmesi ortalama logaritmik
sıcaklık farkına, etkenliğe ve ısıl gerilmelere çok etki eder. Akış şekline göre
sınıflandırma Şekil 1.6' daki gibi tek geçişli ve çok geçişli olarak iki ana grupta
toplanabilir. Çok geçişli halde ise iki akışkan birbirleri ile birkaç kere geçişir.
Şekil 1.6 Akıma göre sınıflandırma
Akıma Göre Sınıflandırma
Tek Geçişli Isı Değiştiricileri
Çok Geçişli Isı Değiştirici
11
1.6.1. Tek Geçişli Isı Değiştiricileri
Tek geçişli halde iki akışkan ısı değiştiricisi boyunca birbirleri ile yalnız bir kere
geçişir. Üç başlıkta incelenebilir (Şekil 1.7).
Şekil 1.7 Tek geçişli ısı değiştiricileri
1.6.1.1. Paralel Akımlı Isı Değiştiricileri
Bu akış şeklinde akışkanlar ısı değiştiricisinin bir ucundan girip aynı doğrultuda
akarlar ve ısı değiştiricisinin diğer ucundan çıkarlar (Şekil 1.8). Isıl gerilmelerin
istenmediği durumlarda tercih edilir.
Şekil 1.8 Paralel akımlı ısı değiştiricisi
1.6.1.2. Ters Akımlı Isı Değiştiricileri
Bu tipte akışkanlar ısı değiştiricisinde birbirlerine göre ters olarak akar (Şekil 1.9).
Ters akışlı ısı değiştiricilerinde ortalama logaritmik sıcaklık farkı, diğer bütün akış
12
düzenlemelerinden daha büyüktür. Diğer ısı değiştiricilerine göre daha kompakt bir
yapıya sahip olmalarına karşın, pratikteki imalat güçlükleri ve ısıl gerilmeler
nedeniyle birçok uygulamada ters akışlı ısı değiştiricileri tercih edilmeyebilir.
Şekil 1.9 Ters akımlı ısı değiştiricisi
1.6.1.3. Çapraz Akımlı Isı Değiştiricileri
Bu ısı değiştiricisinde akışkanlardan biri ısı transferi yüzeyi boyunca ve diğer
akışkanın akış yoluna dik olacak şekilde akar (Şekil 1.10). Akışkanlar ısı değiştiricisi
içinde ilerlerken kendisi ile karışabilir veya karışmayabilir. Isı geçişi bakımından
çapraz akışlı ısı değiştiricilerinin etkenliği paralel akışlı ve ters akışlı ısı
değiştiricilerinin etkenliklerinin arasındadır. İmalat kolaylığı nedeniyle pratikte
kompakt ısı değiştiricilerinin büyük çoğunluğu çapraz akışlı olarak yapılır (Çeteci
1999).
Şekil 1.10 Çapraz akımlı ısı değiştiricisi
1.6.2. Çok Geçişli Isı Değiştiricileri
Isı değiştiricisi içinde değişik şekillerde ard arda seri halde düzenlenerek çok geçişli
tipler elde edilebilir (Şekil 1.11). Çok geçişli ısı değiştiricilerinin en büyük üstünlüğü
13
ısı değiştiricisi etkenliğini artırmaktır. Çok geçişli ısı değiştiricileri kanatlı
yüzeylerde, gövde-boru tiplerinde ve levhalı tiplerde değişik düzenlemelerde imal
edilebilir.
Şekil 1.11 Çok geçişli ısı değiştiricileri
1.6.2.1. Çapraz Ters ve Paralel Akımlı Isı Değiştiricileri
Çapraz ters, genellikle kanatlı yüzeyli ısı değiştiricilerinde tercih edilir. İki veya daha
fazla sayıda çapraz geçiş arka arkaya ters akışlı olarak seri halde bağlanır. Isı
değiştiricisi etkenliği, her bir geçişteki akışkanların karışıp karışmadığına ve geçiş
sayısına bağlıdır. Yüksek sıcaklıklardaki uygulamalarda sıcaklığın fazla olduğu
geçişlerde sıcağa dayanıklı pahalı malzeme, diğer yerlerde ise ucuz malzeme
kullanılarak imalat masrafları azaltılabilir.
Çapraz paralel, bir önceki düzenlemeye çok benzer, sadece akışkanların birbirlerine
göre genel akışı paraleldir. Geçiş sayısı artırılarak, sistemin etkenliği tek geçişli
paralel akışlı ısı değiştiricisi etkenliğine yaklaştırılabilir (Çeteci 1999).
1.6.2.2. Çok Geçişli Gövde Borulu Isı Değiştiricileri
Bu düzenleme, gövde borulu ısı değiştiricilerinde en çok kullanılan tiptir. Sistemde
borular bir uçlarından tespit edildiğinden ısıl gerilmeler çok azdır. Gövde tarafındaki
akışkan karıştığından, herhangi bir kesitteki gövde akışkanının sıcaklığı sabittir. Bu
Çok Geçişli Isı Değiştiricileri
Çapraz Ters ve Paralel Akımlı
Isı Değiştiricileri
Çok Geçişli Gövde Borulu
Isı Değiştiricileri
n Adet Paralel Levha Geçişli Isı
Değiştiricileri
14
yüzden, boru içindeki akışkanın yönü değişse de ısı değiştiricisi etkenliği aynı kalır.
1.6.2.3. n Adet Paralel Levha Geçişli Isı Değiştiricileri
Levha tipi ısı değiştiricilerinde, levhaların çeşitli şekillerde düzenlenmesi ile çok geçişli
akışlar elde edilebilir. Levha tipi ısı değiştiricilerinde conta yeri değiştirilerek bu
düzenlemeler kolayca elde edilebilir (Çeteci 1999).
15
2. KAYNAK ÖZETLERİ
Genel olarak, ısı değiştiricilerinin ve özel olarak ta yaygın kullanımı nedeniyle
kanatçıklı borulu tip performans karakteristiklerinin ortaya konulması ve optimum
boyutlarının hesaplanarak uygun ısı değişicisinin belirlenmesi halen teknik pratikte
çok büyük bir önem arz etmektedir. Bu duruma paralel olarak, yapılan kaynak
taramalarında, son yıllarda bu alanda yapılan çalışmalarda giderek artan bir yoğunluk
göze çarpmaktadır. Hazırlanan tez çalışmasında, geçmişten günümüze doğru bir
yayın taraması yapılmıştır.
Horuz vd., (1998), çalışmalarında hava soğutmalı plakalı kanatçıklı borulu tip
evaporatörlerin teorik ve deneysel performanslarını analiz etmişlerdir. Sonuçta
kataloglarda verilen aynı şartlar altında çalışan evaporatörler için verilen değerlere
göre yaklaşık olarak toplam ısı transfer katsayısının %15-30 oranında daha yüksek
olduğunu tespit etmişlerdir. Farklı soğutucu kullanımı halinde ise, Melón, (1998),
soğutucu akışkan olarak R134A kullanarak çalışan plaka kanatçıklı borulu tip
evaporatörler ile kondenserlerin performansını incelemek için bir model
geliştirmişlerdir.
Hem deneysel ve hem de teorik bir sayısal yaklaşım olmak üzere, Aganda vd.,
(2000), bir kanatçıklı borulu evaporatörün ısı transferini deneysel olarak veya bir
bilgisayar programı yardımıyla tahmin edilerek birbirleriyle karşılaştırmışlardır. Bu
amaçla bir ısı transfer programı olan ACOL5 kullanılmışlardır. Çalışma alanı işletme
şartlarında ortaya çıkabilecek sorunlar olmak üzere, Mohr ve Gelbe, (2000), boru
demetli ısı eşanjöründe hız dağılımı ve titreşim oluşumunu incelemişlerdir.
Isı değişicilerinin basınç düşüleri ile ısı transferinin belirlenmesi çok büyük bir
önemi olduğu dikkate alındığında bu alanda, Smith ve Shao, (2001), bilgisayar
yardımıyla evaporatör ve kondenser soğutucu borularının iç yüzeylerindeki HFC
soğutucu akışkanlarında basınç düşüsünü belirlemeye çalışmışlardır. Ayrıca, Aprea
ve Renno, ( 2001), hava soğutmalı evaporatörler için bir transfer fonksiyonunu
deneysel olarak analiz etmişlerdir. Aynı şekilde, Sahoo ve Roetzel, (2002),
16
makalelerinde ısı eşanjörlerinin hiperbolik eksenel dağılım modelini kurmuştur.
Modelinde dağılımı geçici rejimde ve kararlı hal için almış ve bu şartlardaki ısı
eşanjörü için akış dağılımını belirlemeye çalışmıştır.
Soğutucu akışkanın çeşitli nedenlerle değiştirilmesi halinde ortaya çıkabilecek
sorunları incelemek üzere, Dave vd., (2004), zeotropik(zehirli) karışımlar yerine
R22 akışkanının kullanılması halinde, gövde borulu kondenserindeki performans
düşüşünün sebepleri incelemiştir. Karlsson ve Vamling, (2004), ise zeotropik(zehirli)
karışımlar yerine R22 akışkanının kullanılması halinde, gövde borulu kondenserdeki
performans düşüşünün sebepleri ve kütle transferi direnç etkisi incelemiştir.
Domanski vd., (2005) de, farklı soğutucu akışkanlar kullanımının kanatçıklı borulu
evaporatörlerin performansına etkilerini ve bunun sistem verimi üzerine olan
katkılarını araştırmışlardır. Bu amaçla, R290, R134a, R22, R410A ve R32 gibi
soğutucu akışkanların sistem performansı ( COP ) üzerine olan etkilerini
incelemişlerdir. Aynı konuda Navarro vd., (2005), ise R22, R134a ve R407C
soğutucu akışkanlarının kullanılması halinde iç ısı değişicilerinin buhar sıkıştırma
santralinde verim üzerine etkilerini deneysel olarak belirlemeye çalışmışlardır.
Akışkanların akış tipinin değişimi ile performans değişimleri konusunda Sommers ve
Jacobi, (2005), bir girdap oluşumu kullanarak soğutucu evaporatörün hava tarafında
ısı transferinin geliştirilmesi konusunu çalışmışlardır. Bu çalışma ile yalnızca
kanatçık ilavesinin ısı transferini iyileştirmeye yeterli olmayacağını, bunun yanında
girdap oluşturmanın ısı transferini olumlu yönde geliştireceğini savunmuşlardır.
Jiang vd., (2006), hava-soğutucu akışkanlı ısı değişicileri için genel amaçlı
simülasyon ve tasarımı çalışmışlar, etkinlik ve verimlilik analizi yapmışlardır.
Borulu tip ısı değişicilerinin matematiksel modelini kurarak sayısal hesaplanması
konusunda Barman ve Ghoshal, (2006), ısı değişitiricilerinin dış yüzeyinin tasarımını
MATLAB simulasyonun Kern methodu kullanarak yapmışlardır. Çalışmalarında,
sınır değerlerinin değişmesindeki davranışları belirlenmiş ve basınç düşüsü
değerlerini çalışma alanını hem kare ve hem de üçgen alanlara bölerek ısı
değiştiricilerinin bütün davranışlarını belirlenmeye çalışmışlardır. Aynı şekildeki bir
17
yöntem olmak üzere, Byun ve Lee, (2007), makalelerinde kanatçık borulu ısı
değişicisinde evaporasyon performansını sayısal analiz yöntemiyle tespit etmeye
çalışmışlardır.
Genel olarak ısı değişicilerinin modellenmesi ve deneysel çalışmalarla desteklenmesi
konularında ise, Sarntichartsak vd., (2007), kapilar (kılcal) boruda R-22 ve R-407C
türü akışkanlar kullanarak inverter klimanın performansını matematiksel modelleme
ve deneysel olarak çalışmışlardır. Soğutucu miktarı ile kılcal boru uzunluğunun
değişiminin etkilerini gözlemişlerdir. García-Cascales vd., (2007), Kanatçıklı ve
borulu tip ısı değişicilerinde kaynamada ısı transferi için korelasyonlar
geliştirmişlerdir. Soğutma sistemlerinin modellenmesinde performans artırmaya
yönelik yeni bir metot ön görmüşlerdir.
Sonuç olarak kaynak taramasından görüleceği üzere, ısı değiştiricileri için
matematiksel modelleme yaparak analitik bir çözüm üretmek mümkün
olmamaktadır. Bu nedenle kaynak taramasından anlaşılacağı üzere literatürde çok
sayıda deneysel verilere dayalı ampirik eşitlikler ile programlama esaslı sayısal esaslı
birçok çalışma mevcuttur.
Dolayısıyla bu çalışmada kavram karmaşasını giderecek, yüksek hassasiyette, pratik
ve hızlı çözüm üretebilen bir program yapılarak literatüre sunulması aması
amaçlanmıştır.
18
3. MATERYAL VE YÖNTEM
Bu çalışmada, kanatçıklı borulu ısı değiştiricisi ve onun kullanımıyla ilgili denklem
ve bağıntılar, bir bilgisayar programı yazılarak kullanıldı. Ayrıca oluşturulan deney
düzeneği ile programda hesaplanan değerler karşılaştırıldı.
3.1. Kanatçıklı Borulu Isı Değiştirici
Hava veya gazların, buhar, kızgın yağ, kaynar su veya kalorifer sistemi suyu gibi
daha sıcak bir akışkan vasıtasıyla ısıtılması veya soğutucu bir akışkan vasıtasıyla
soğutulması amacıyla kullanılan eşanjörlerdir (Şekil 3.1).
Isıtıcı veya soğutucu akışkan boruların içinden akar. Hava veya gaz tarafındaki ısı
transfer katsayıları sıvı veya buhar tarafındaki ısı transfer katsayılarından oldukça
düşük olduğundan, borular üzerine kanatlar sarılarak veya geçirilerek ısı transfer
yüzeyi arttırılır.
Şekil 3.1 Kanatçıklı borulu ısı değiştirici
Bir tarafında gaz, diğer tarafında sıvı akan ısı değiştiricilerinde, sıvı tarafındaki ısı
taşınım katsayısı yüksektir, bu nedenle çoğunlukla sıvı akışkan tarafı kanat
gerektirmez. Yüksek basınçlı akışkan genellikle boru içinden akıtılır. Pratikte
dairesel veya oval kesitli boru dışındaki kanatlı yüzeyler ile daha çok karşılaşılır.
19
Kanatlar boru ile birlikte imal edilebildiği gibi, sonradan boru üzerine döküm,
kaynak, lehim veya sıkı geçme tekniği ile tespit edilebilir.
Bu tür ısı değiştiriciler kompakttır, kompaktlık 3000m2/m3 değerine kadar ulaşabilir.
Isı değiştiricinin kullanılabilme sıcaklığı kanatların boruya tespit şekline bağlıdır.
Bu şekilde elde edilen kanatlı borulardan oluşan eşanjörler piyasada radyatör veya
batarya adıyla adlandırılırlar.
Çeşitli kanatlı borulu eşanjörleri:
• Bakır borulu, aluminyum kanatlı bataryalar
• Çelik borulu, çelik geçme kanatlı bataryalar
• Çelik borulu, aluminyum geçme kanatlı bataryalar
• Çelik borulu, sarma çelik kanatlı bataryalar
• Paslanmaz çelik borulu, paslanmaz çelik kanatlı bataryalar
Kanatlı borulu eşanjörler endüstri tesislerinde çok çeşitli amaçlar için kullanılırlar.
• Klima santrallerinde geçen havanın ısıtılması ve/veya soğutulması amacıyla,
• Kompresörlerden çıkan basınçlı sıcak havanın dış hava vasıtasıyla
soğutulması amacıyla,
• Kapalı devre olarak sirküle eden soğutma suyunun hava tarafından indirekt
olarak soğutulması amacıyla,
• Kurutma, fikse etme, vb. işlemleri için kullanılacak sıcak havanın daha
yüksek sıcaklıktaki bir akışkan tarafından ısıtılarak üretilmesi amacıyla,
Isıtıcı ve soğutucu akışkanın sıcak veya soğuk su olması halinde bakır boru üzerine
alüminyum kanatlı olarak kullanılırlar (Şekil 3.2).
20
Şekil 3.2 Alüminyum kanatçıklı borulu ısı değiştirici
Isıtıcı akışkanın yüksek basınçlı veya buhar olması halinde ve yüksek sıcaklıkta hava
veya gaz üretimi gerektiğinde, çelik boruların üzerine çelik kanat sarılması ile imal
edilen kanatlı borulardan oluşan bataryalar kullanılır.
Kanatlı borulu eşanjörler, ısı geri kazanım sistemlerinde, üzerlerinde yararlanılabilir
ısı taşıyan temiz atık gazların ısısının sıvı bir ortama aktarılarak geri kazanılması
amacıyla da kullanılırlar.
Kanatların oluşturduğu ilave basınç kayıpları göz önüne alınmalıdır. Kanatlı borulu
bataryalar kompresörlerden çıkan basınçlı sıcak havanın dış hava vasıtasıyla
soğutulması, böylece içindeki suyun yoğuşturularak ayrılması amacıyla da
kullanılırlar.
3.1.1. Kanatçıklı Borulu Isı Değiştirici Bağıntıları
• Su için yoğuşmanın başladığı sıcaklık, TSuSinir(K)
)TT(15.0TT 1S2S2SSuSinir −⋅−= (3.1)
21
• Hava için yoğuşmanın başladığı sıcaklık, TSuSinir(K)
)TT(15.0TT 2H1H1HHavaSinir −⋅−= (3.2)
• Giren havanın ısı iletim katsayısı, λ1(kW/mK)
1H4
1H T10719.002422.0 ⋅⋅+=λ − (3.3)
• Çıkan havanın ısı iletim katsayısı, λ2(kW/mK)
2H4
2H T10719.002422.0 ⋅⋅+=λ − (3.4)
• Havanın Prandtl sayısı, PrH
1H3
H T101256.07137.0Pr ⋅⋅−= − (3.5)
• Havanın dinamik viskozitesi, μH(kg/ms)
1H74
H T104426.0101724.0 ⋅⋅+⋅=μ −− (3.6)
• Havanın yoğunluğu, ρH(kg/m3)
15.273TP
1H
HH +=ρ (3.7)
• Havanın özgül ısısı, cpH(kJ/kgK)
μλ⋅
= HHpH
Prc (3.8)
22
• Havanın ısı yayılım katsayısı, aH(m2/s)
pHH
1HH c
a⋅ρλ
= (3.9)
• Doymuş su buharının entalpisi, hBuhar(kJ/kg)
1HBuhar T805.12501h ⋅+= (3.10)
• Giriş hali için su buharının doyma basıncı, PSd1(Pa)
173K<TH<273K için;
)ln(T4.1635019T100.9484024
T100.20747825T100.62215701
T100.9677843-6.3925247/T-5674.5359)Pln(
H14
H112-
3H1
8-2H1
6-
H1-2
H11Sd
⋅+⋅⋅
+⋅⋅+⋅⋅
+⋅⋅+=
(3.11)
273K<TH<473K için;
)ln(T6.5459673T100.14452093T100.41764768
T0.04860239-3914993.1/T-5800.2206)Pln(
H1
3H1
7-2H1
4-
H1H11Sd
⋅+⋅⋅−⋅⋅
+⋅+=
(3.12)
• Giriş hali için su buharının kısmi basıncı, PSBuhar1(Pa)
1Sd1SBuhar P1BagilP ⋅= (3.13)
• Su buharının özgül hacmi, VSBuhar1(m3/kg)
1SBuhar
S1H1Buhar P
RTV
⋅= (3.14)
23
• Giriş hali için nemli havanın özgül nemi, w1(kg/kg)
1SBuharH
1SBuhar1 PP
P622.0w
−
⋅= (3.15)
• Çıkış hali için su buharının doyma basıncı, PSd2(Pa)
TH<0
)ln(T4.1635019T100.9484024
T100.20747825T100.62215701
T100.9677843-6.3925247/T-5674.5359)Pln(
H24
H212-
3H2
8-2H2
6-
H2-2
H22Sd
⋅+⋅⋅
+⋅⋅+⋅⋅
+⋅⋅+=
(3.16)
TH>0
)ln(T6.5459673T100.14452093T100.41764768
T0.04860239-3914993.1/T-5800.2206)Pln(
H2
3H2
7-2H2
4-
H2H22Sd
⋅+⋅⋅−⋅⋅
+⋅+=
(3.17)
• Çıkış hali için su buharının kısmi basıncı, PSBuhar2(Pa)
2Sd2SBuhar P2BagilP ⋅= (3.18)
• Çıkış hali için nemli havanın özgül hacmi, VBuhar2(m3/kg)
2SBuhar
S2H2Buhar P
RTV ⋅= (3.19)
• Nemli havanın entalpisi, h1(kJ/kg)
)T805.12501(wTh 1H11H1 ⋅+⋅+= (3.20)
24
• Doymuş havanın entalpisi, h2(kJ/kg)
2
2H2H2 T0529.0T316.131.10h ⋅+⋅+= (3.21)
• Nemli havanın özgül nemi, w2(kg/kg)
2SBuharH
2SBuhar2 PP
P622.0w−⋅
= (3.22)
• Çiğ noktası sıcaklığı, Tcig(oC)
-60 oC<T< 0oC için;
2
SBuhar2SBuhar2cig )]ln(P[0.37)ln(P7.032-60.45T ⋅+⋅+== (3.23)
0 oC<T< 70oC için;
2
SBuhar2SBuhar2cig )]ln(P[1.16893)*ln(P1.872--35.957T ⋅+⋅== (3.24)
• Suyun özgül ısısı, cps(J/kgK)
4180.9308.2)-(T0.015539c 2S1pS +⋅= (3.25)
• Suyun yoğunluğu, ρS(kg/m3)
2
1S1SS T0010824.0T0056.192.1200 ⋅+⋅−=ρ (3.26)
• Suyun debisi, mS(kg/ms)
pS1S2S
TopS C)TT(
Qm
⋅−= (3.27)
25
• Yoğuşmanın başladığı sınırda entalpi, hSinir(kJ/kg)
pHHSinir1H1Sinir C)TT(hh ⋅−−= (3.28)
• Toplam soğutma yükü, Qtop(kJ)
)h)ww()hh((mQ Buhar2121HTop ⋅−−−⋅= (3.29)
• Kuru tarafta transfer edilen ısı miktarı, QKuru(kJ)
)TT(CmQ HSinir1HpHHKuru −⋅⋅= (3.30)
• Yoğuşmanın olduğu ıslak tarafta transfer edilen ısı miktarı, QIslak(kJ)
KuruTopIslak QQQ −= (3.31)
• Kuru havanın ısıl direnci, RKuru(m2K/W)
)V(0281.0R 5717.0HKuru−⋅= (3.32)
• Kuru havanın logaritmik sıcaklık farkı, ∆TKuru(oC)
[ ])TT()TT(ln)TT()TT(T
SSinirHSinir2S1H
SSinirHSinir2S1HKuru −−−
−−−=Δ (3.33)
• Islak havanın logaritmik sıcaklık farkı, ∆TIslak(oC)
1S2H
SSinirHSinir
1S2HSSinirHSinirIslak
TTTTln
)TT()TT(T
−−
−−−=Δ (3.34)
26
• Kuru tarafın ısı transfer yüzeyi, AKuru(m2)
Kuru
KuruKuruKuru T
RQAΔ
⋅= (3.35)
• Yoğuşmanın olduğu ıslak tarafın ısı transfer yüzeyi, AIslak(m2)
Islak
IslakIslakIslak T
RQAΔ⋅
= (3.36)
• Toplam ısı transferi yüzeyi, ATop(m2)
KuruIslakTop AAA += (3.37)
• Yoğuşmanın olduğu ısıl direnci, RIslak(m2K/W)
)V(0275.0R 6426.0HIslak−⋅= (3.38)
• Islak bölgenin ısı transferi katsayısı, KIslak(W/m2K)
IslakIslak R/1K = (3.39)
• Kuru bölgenin ısı transferi katsayısı, KKuru(W/m2K)
KuruKuru R/1K = (3.40)
• Su borusunun kesiti, ABoruKesit(m2)
SS
SBoruKesit V
mA⋅ρ
= (3.41)
27
• Boru iç çapı, Dic(m)
5,0BoruKesitic )A4(D
π⋅
= (3.42)
• Giriş kısmının kesit alanı, AGiriş(m2)
HH
HGiriş V
mAρ⋅
= (3.43)
• Boru dış çapı, DDis(m)
100012DDis = (3.44)
DisL D25.1S ⋅= (3.45)
DisT D25.1S ⋅= (3.46)
• Serpantin yüksekliği, H(m)
5.0
Giris )A(H = (3.47)
• Serpantin uzunluğu, L(m)
HL = (3.48)
• Boru sayısı, NBoru
1SHN
TBoru −= (3.49)
28
• Serpantin hacmi, Hacim(m3)
420A
Hacim Top= (3.50)
• Serpantin genişliği, W(m)
GirisAHacimW = (3.51)
• Serpantin derinliği doğrultusundaki sıra sayısı, NR
LR S
WN = (3.51)
• Kanatçık kalınlığı, Kanat(m)
10001Kanat = (3.52)
• Kanatçık sayısı, Z
KanatNND2
NN)D(WH2
LNNDAZ
RBoruDisRBoru
2Dis
RBoruDisTop
⋅⋅⋅⋅π−⋅⋅⋅π
−⋅⋅
⋅⋅⋅⋅π−= (3.53)
• Kanatlar arası mesafe, BK(m)
ZKanatZLBK⋅−
= (3.54)
29
• Serpantinin kompaktlığı, Kompakt(m2/m3)
RBoruLT
Top
NNSSLA
Kompakt⋅⋅⋅⋅
= (3.55)
3.2.Materyal
Kullanılan materyal özel olarak seçilmiş ve imal edilmiştir.
3.2.1. Materyalin Fiziksel Özellikleri
Materyalin oluşturulmasında 2,421 kWatt gücünde ve verimi %80 olan havalı tip
kondenser, 0.421 kWatt gücünde kompresör, evaporatör sıcaklığı 50C, kondenser
sıcaklığı 400C, COP değeri 4.75 olan ve soğutma kapasitesi 2 kWatt gücünde olan bir
soğutma ünitesi tesis edilmiştir. Ek olarak kısma, açma kapama valfi, gözetleme
camı, titreşim önleyicide alınmıştır.
Sistemde kullanılan parçalar ve özellikleri aşağıdaki gibidir.
3.2.1.1. Kompresör
Soğutucu ünitede buharlaşan ısı ile yüklü soğutucu akışkanı emerek arkadan gelen ısı
yüklenmemiş akışkana yer temin edip buhar halindeki soğutucu akışkanın basıncını
yoğuşturucudaki yoğuşma basıncına çıkartarak akışın sürekliliğini sağlamaktadır.
3.2.1.2. Basma Borusu
Kompresörün bastığı yüksek basınç ve sıcaklık altındaki soğutucu akışkan buharının
kondensere taşınmasını sağlar.
30
3.2.1.3. Kondenser (Yoğuşturucu)
Soğutucu akışkanın buharlaştırıcıdan aldığı ısı ile kompresördeki sıkıştırma işlemi
sırasında ilave olunan ısının alınarak kızgın buhar veya doymuş buhar halindeki
soğutucu akışkanın kondenser çıkışında sıvı haline gelmesi kondenserde gerçekleşir.
Belirli bir ısı transferi yüzeyinde olup yoğuşturma ortamı hava, su, hava−su olabilir.
3.2.1.4. Sıvı Tankı
Kondenserde yoğuşan sıvı soğutucu akışkan sıvı tankında toplanır. Sıvı tankında
soğutucu akışkanın sürekli olması soğutucu ünitenin ihtiyacı olan akışkanı kesintisiz
besler. Sıvı tankında eksik soğutucu akışkan olması durumunda soğutucu ünitede
dolaştırılması gereken akışkan miktarı temin edilemediği için soğutma sisteminin
performansını olumsuz yönde etkiler. Düzenli bir soğutma işlemi için sıvı tankının
bulunması kaçınılmazdır.
3.2.1.5. Sıvı Borusu
Sıvı tankında biriken sıvı soğutucu akışkanı kısılma (genleşme) valfine kadar
taşınmasını sağlar.
3.2.1.6. Genleşme (Kısılma) Valfi
Kısılma vanaları, akış kesitini herhangi bir şekilde azaltarak akışkanın basıncını
önemli ölçüde düşüren elemandır. Bilinen bazı örnekler arasında ayarlanabilir vana,
kılcal (kapiler) borular vardır. Akışkanın basıncı düşerken, sıcaklığındada büyük bir
düşme gözlenir. Genleşme çok ani olduğu için soğutucu akışkanın ısı tutumunda bir
değişiklik olmaz. Bu nedenle kısılma vanaları soğutma ve iklimlendirme
uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır
31
1 2
3
4
Kondanser
Evaporatör
Genleşme valfi
Kompresör
QE
QK WC
Sıvı deposu
Kısılma valfi genellikle küçük elemanlardır. Bu nedenle soğutucu akışkanla çevre
arsında ısı geçiş alanı küçüktür. Isı geçişi için alanın küçük zamanında kısa olması
nedeniyle kısılma vanalarında akış adyabatik kabul edilebilir.
3.2.1.7. Evaporatör (Buharlaştırıcı)
Belirli bir ısı transfer yüzeyinde olup soğutulan hacimden soğutucu akışkana ısı
transfer ederek soğutucu akışkanı buharlaştırır. Bu işlem sırasında soğutulan hacim
havasının ısı tutumu azalır, buharlaşan soğutucu akışkanın ısı tutumu artar. Isı
tutumu azalan soğutulan hacim havasının sıcaklığı düşer ve bu işlemin devamı
halinde soğutma işlemi gerçekleşmiş olur.
3.2.1.8. Emme Borusu
Soğutucu ünitede buharlaşan düşük basınçlı soğutucu akışkan buharının kompresör
emişi girişine taşınmasını sağlar.
3.2.2. Materyalin Montaj Aşaması
Materyal, Şekil 3.3’e uygun bir şekilde bağlantısı yapıldı.
Şekil 3.3 Montaj şeması
32
Daha sonra gerekli düzenek hazırlandı (Şekil 3.4).
Şekil 3.4 Soğutucu serpantinin montajı 1
Şekil 3.5’ deki gibi hazırlanan düzenek, boyanarak Şekil 3.6’ daki son halini almıştır.
Şekil 3.5 Soğutucu serpantinin montajı 2
33
Şekil 3.6 Soğutucu serpantinin hazırlanmış son hali
3.3. Programlama
Yapılan bu çalışma birçok programlama diliyle yapılabilir. Ancak programın
yazımında Microsoft şirketinin yaptığı en güncel olan Visual Studio kullanılmıştır.
3.3.1. Microsoft Visual Studio Programı
Microsoft’un 2002 de ilk kez duyurduğu programın son sürümü programı yazarken
kullanılmıştır (Şekil 3.7).
34
Şekil 3.7 Visual Studio 2002
Daha sonra üretilen sürümü olan Visual Studio 2003 (Şekil 3.8), programın uzun
süre kullanılan, içerisinde daha fazla programlama dilini destekleyen başarılı
haliydi.
Şekil 3.8 Visual Studio 2003
35
Günümüzde kullanılan Visual Studio 2005 Professional Edition ise, 2003
sürümünün başarısının üzerine eksik kalan yönlerinin tamamlandığı, bireysel
geliştiricilerin yüksek performans, çok katmanlı uygulamalar yaratmalarını
amaçlayan kapsamlı bir geliştirme ortamıdır. Visual Studio 2005 Professional
Edition ile çok çeşitli Windows, Web, mobil ve Office tabanlı çözümler oluşturmak
için yüksek verimliliğe sahip bir ortamdan faydalanılabilir.
Şekil 3.9 Visual Studio 2005
Visual Studio 2005 Professional Edition (küçük takımlar halinde ya da tek başına
çalışan geliştiriciler için) Windows, Web ve mobil aygıtlar için yüksek
performanslı, çok katmanlı uygulamalar geliştirmek için kapsamlı, yüksek
verimlilik profesyonel geliştirme ortamıdır.
Visual Studio 2005 kullanarak geliştiriciler şunları yapabilir:
• Windows, Web, SmartPhone ve Pocket PC tabanlı çok katmanlı
uygulamalar yaratmak
• Veritabanı, tablolar, saklanan prosedürler ve dahasını tasarlamak için
Entegre Görsel Veritabanı Araçları
36
• Entegre veritabanı rapor tasarımcısı ve görüntüleyicisi
• Çok katmanlı uygulamaları tasarlama, hata ayıklama ve kurma
• Integrated XSLT hata ayıklaması
• .NET framework 2.0'ın 64-bit sürümü
• İyileştirilmiş SmartPhone ve Pocket PC geliştirme ortamı
• Bir .NET dili kullanarak SQL Server saklanan prosedürlerini yaratın
• Entegre ClickOnce desteği
• Makineler arasında hata ayıklama
Bilgisayara kurulması için gerekli olan gereksinimler:
• İşlemci hızı 600 mhz veya daha hızlı olmalıdır.
• Visual Studio® 2005 Professional Edition versiyonu aşağıdaki sürümlerde çalışır:
o Microsoft® Windows®° 2000 with Service Pack 4,
o Microsoft® Windows®°XP with Service Pack 2
o Microsoft® Windows®°XP°Professional°x64°Edition°(WOW)
o Microsoft® Windows°Server™°2003 with Service Pack 1
o Microsoft® Windows°Server™°2003,°x64°Editions°(WOW)
o Microsoft® Windows°Server™°2003°R2
o Microsoft® Windows°Server™°2003°R2,°x64°Editions°(WOW)
o Microsoft® Windows°Vista™
• 192 MB RAM veya daha fazlası
• 2 GB sabit diskte boş alan
• DVD-ROM sürücüsü
• 256 renk destekleyen, çözünürlüğü 1024x768 veya daha fazla olan
37
3.3.2. Programlama Dili
Bilgisayarları programlamak için programlama dillerine ihtiyaç duyulur. 60 ' lı
yıllarda özellikle Pascal gibi önemli başarılar elde etmiş programlama dilleri, yapısal
programlama ( structured programming ) mantığı ile oldukça büyük ilerlemeler
kaydedilmiştir. 70 'li yıllara gelindiğinde Dennis Ritchie Unix İşletim sistemi
kullanan bir DEC bilgisayar üzerinde " C " dilini yarattı. C programlama dili o
zaman için büyük bir adımdı ve 80 'li yıllarda en yaygın kullanılan programlama dili
haline gelmiştir. Fakat gelişen teknoloji beraberinde daha gelişmiş programları ve
komplike sistemleri ortaya çıkardı. Çok kısa bir süre sonrada C dili artık yetersiz
gelmektedir.
1979 yılında nesne yönelimli programlama ( OOP, Object Oriented Programming )
yöntemi ilk kez kayda değer bir hale gelmiştir. Bu değer Bjarne Stroustrup 'un
yazdığı C++ diliydi. C++ aslında tamamen C dili üzerine kurulmuştur. Onun tüm
özelliklerini içeren ve ayrıca nesne yönelimli programlama yöntemi kazandırılmış bir
dildir. Bu sayede C++ dili C ye göre hem çok daha etkili oldu. Kullanıcıların dili
öğrenmek için harcayacağı zamandan tasarruf sağlayarak yumuşak bir geçiş ve
dolayısıyla yaygınlaşmasında avantajlar sağlanmıştır. Sonraki 10 yıl sonunda C++
artık dünyada en çok kullanılan ve en iyi programlama dili olarak gösterilmiştir.
Programlama dillerindeki bu gelişmelerden sonra en büyük adım Java ile olmuştur.
1991 'de Sun Microsystems tarafından geliştirilen dilin arkasındaki en güçlü isim
James Gosling 'di. Java söz dizimi ve felsefesi C++ 'tan alınan yapısal ve nesne
yönelimli bir dildir. Özellikle Internet 'in oluşması ile Java büyük bir hız kazanmıştır.
Aslında bunun nedeni çok basittir. O zamana kadar programlama dilleri ile yazılan
programların çoğu belirli işletim sistemleri ve işlemciler için yazılır. Yani kodun
taşınılabilirliği karşısında Java en iyi yöntemdir. Java'nın sunduğu platform bağımsız
( cross-platform ) teknolojisi bir anda büyük bir çevre tarafından kabul görmüştür.
Yazılımcılar sistemlere göre program geliştirmektense yazılan kodun her yerde
kullanılmasını tercih ettiler.
38
Java platform bağımsız bir kodlama için JVM ( Java Virtual Machine ) kullanır. Java
kaynak kodu " bytecode " denilen bir koda çeviriyor, ve gerektiğinde JVM ile
programı çalıştırır. Yani JVM 'nin olduğu her sistemde her kod aynı muameleyi
görüyor, böylece kodun işletim sistemi veya işlemciye göre tekrar derlenmesine
gerek kalmamıştır. Fakat bu aynı zamanda Java 'nın diğer programlama dilleri ile
uyum içinde çalışması (cross-language interoperability) için dezavantaj
oluşturmaktadır.
3.3.2.1. C# Programlama Dili
1990 'lı yılların sonlarına doğru Microsoft 'un programlama dehası Anders Hejlsberg
C# dilini yaratmıştır. 2000 yılının ortalarında C# 'ın ilk alfa versiyonu piyasaya
çıkmıştır. C# programlama dili ; C, C++ ve Java ile bağlantılı bir dil olarak
yapılmıştır. Bunlar dünyada en yaygın kullanılan ve sevilen dillerden üçüdür.
Hejlsberg 'de aynı Stroustrup ve Gosling gibi tekerleği yeniden icat etmektense
mevcut bir dili geliştirmeyi uygun görmüştür.
Eğer bu diller arasında bir bağlantı kurmak gerekirse. C# programlama dili; C dilinin
söz dizimini ve C++ dilinin nesne yönelimli programlama yöntemlerini ve
tekniklerini alınmıştır.
C# 'ın Java ile olan ilişkisi ise özel bir durumdur. Zira C# 'ta Java gibi C ve C++
dillerinden özellikler almış ama aynı zamanda Java gibi platform bağımsız kod
amaçlı tasarlanmıştır. Yani C# dili, Java dilinden türememiştir. En iyi tarafı ise C,
C++, C# veya Java dillerinden birinde iyi olmanız diğer tüm dillerde de size büyük
kolaylıklar sağlar.
Tüm bu diğer dillerle olan bağlantısına rağmen C# beraberinde pek çok yenilik,
özellik getirmiştir. Zaten diğer başarılı dillerin doğuşunda da aynı trend yaşanmıştır.
Bu noktada C# : bileşen yönelimli bir dil ( component-oriented language ) olarak
nitelendirilmiştir. Zira C# bileşenleri yazmak için bütünleşik destek içermektedir.
39
Bunların içinde en önemlisi; karışık dillerin olduğu bir ortamda çalışabilme
becerisidir.
Birbirinden türeyen her dil bir önceki dilde eksik olan bir özelliği tamamlayarak ilk
adımları atmıştır. C++; C deki nesne eksikliğini, Java; C++ daki platform
bağımsızlık özelliğini ve son olarak C# hem hepsinde olan özellikleri hemde Java 'da
olmayan uyumlu çalışma desteğini almıştır.
C# güçlü, modern, nesne tabanlı ve aynı zaman type-safe(tip-güvenli) bir
programlama dilidir. Aynı zamanda C#, C++ dilinin güçlülüğünü ve Visual Basic' in
ise kolaylığını sağlar. Büyük olasılıkla C# dilinin çıkması Java dilinin çıkmasından
bu yana programcılık adına yapılan en büyük gelişmedir. C#, C++ 'ın gücünden,
Visual Basic 'in kolaylığından ve Java 'nın da özelliklerinden faydalanarak
tasarlanmış bir dildir. Delphi ve C++ Builder 'daki bazı özellikler şimdi C# 'da var.
C# dili Microsoft tarafından geliştirilen .NET platformunun en temel ve resmi dili
olarak lanse edilmiştir. C# dili Turbo Pascal derleyicisini ve Delphi 'yi oluşturan
takımın lideri olan Anders Heljsberg ve Microsoft’da Visual J++ takımında çalışan
Scott Wiltamuth tarafından geliştirilmiştir.
.NET Framework bileşen yönelimli uygulamaların geliştirilmesini ve yürütülmesini
destekleyen bir ortam tanımlamaktadır. Bu sayede; farklı programlama dilleri, farklı
işletim sistemleri ile çalışabilme özelliğine sahiptir.
.NET Framework ve C# 'ın arasındaki en önemli iki ilişki: Ortak dil çalışma zamanı (
CLR - Common Language Runtime ) ve .NET sınıf kütühanesidir.
CLR – (Common Language Runtime), Programların çalışmasını idare eden,
programların taşınabilirliğini sağlayan, aynı zamanda diğer avantajlarının dışında
karışık dilde programlamayı destekleyen ve güvenliği sağlayan parçadır.
40
.NET Sınıf Kütüphanesi, programınızın çalışma ortamına erişmesine imkân veren
parçadır. Bu sınıf kütüphanesi tanımlanan özelliklerle kısıtlı kalırsa kodlarınız .NET
ortamında rahatça çalışır.
Bu nokta C# için en önemli özelliklerden biridir. Aynı kod her yerde çalışır.
3.3.2.2. Programın Arayüzleri
Program iki kısımdan oluşmaktadır. Bu arayüzde her iki ana ısı değiştiricisini
hesaplamaya imkân tanıyan seçenekler mevcuttur (Şekil 3.11).
Şekil 3.10 Isı değiştiricileri giriş ekranı
Tez konusuna esas olan kanatçıklı boru tipli, soğutucu ve nem alıcı serpantinin
görüldüğü arayüz Şekil 3.12’ de görülmektedir.
41
Şekil 3.11 Soğutucu serpantin tipi ısı değiştirici veri giriş formu
Bu formda hava ve su tarafının giriş-çıkış sıcaklıkları, hızları gibi veriler
kullanıcıdan istenmektedir (Şekil 3.13).
Şekil 3.12 Soğutucu serpantin tipi ısı değiştirici verileri
Bu veriler dışarıdan girildikten sonra 5 adımdan oluşan hesaplama ve sonuçların
görülebildiği kısma geçilir (Şekil 3.14).
42
Şekil 3.13 Soğutucu serpantine ait değerlerin 5 adımda hesaplanması
1.adımda sistemdeki havanın ve suyun ısıya bağlı özellikleri hesaplanır (Şekil 3.15).
Şekil 3.14 1.Adım-su ve havaya ait değerlerin hesaplanması
43
Veriler hesaplandıktan sonra 2.adıma geçilir (Şekil 3.16).
Şekil 3.15 2.Adım-Su buharı ve nemli havaya ait hesaplama ekranı
2.adımda su buharı ve nemli havanın entalpisi, kısmi basınç, özgül hacim, özgül
neminin hesaplandığı kısımdır (Şekil 3.17).
Şekil 3.16 2.Adım-su buharı ve nemli havaya ait değerlerin hesaplanması
44
Burada ki değerler hesaplandıktan sonra 3.adıma geçilir (Şekil 3.18).
Şekil 3.17 3.Adım-Q, K ve A değerlerinin hesaplanması
3.adımda toplam soğutma yükü, ısı transfer katsayısı ve toplam boru yüzeyi alanı
hesaplanır (Şekil 3.19).
Şekil 3.18 3.Adım- Q, K ve A değerlerinin sonuçları
45
3 adımda gerekli hesaplamalar yapıldıktan sonra 4.adıma geçilir (Şekil 3.20).
Şekil 3.19 4.Adım- Su buharı ve nemli havaya ait fiziksel özelliklerin hesabı
4.adımda sistemin fiziksel özellikleri bulunur (Şekil 4.21).
Şekil 3.20 4.Adım- Su buharı ve nemli havaya ait fiziksel özelliklerin sonuçları
46
Burada değerler hesaplandıktan sonra son adım olan 5.adıma geçilir (Şekil 3.22).
Şekil 3.21 5.Adım- Kompaktlık ve logaritmik sıcaklık farkı hesaplama ekranı
Bu son adımda kompaktlık ve logaritmik sıcaklık farkı hesaplanır (Şekil 3.23).
Şekil 3.22 5.Adım- Kompaktlık ve logaritmik sıcaklık farkı sonuçları
47
3.3.2.3. C# Programlama Dili ile Kod Yazımı
Visual Studio 2005 programında mevcut bulunan programlama dillerinden C# ile
kod yazmak hem daha avantajlı hem daha kolay hem de etkileyicidir (Şekil 3.24).
Şekil 3.23 Açılış ekranı
Açılış ekranından sonra ne tür bir proje yapacağımızı seçeriz (Şekil 3.25).
Şekil 3.24 Proje türü seçme ekranı
48
C# dili %100 nesne tabanlı bir dildir. Yaptığımız her şey bir sınıf nesnesidir C#
dilinde. Nesne olmayan hiçbir şey yoktur. Programımız C++ dilindeki gibi main
işlevinden başlar ama main işlevi hiç bir zaman bir sınıf içinde olmamıştır. C#
dilinde herşey sınıflarla temsil edildiği için main işlevi de bizim belirlediğimiz bir
sınıfın işlevi olmak zorundadır. Programda yapmak istediklerimizi main işlevi içinde
gerçekleştireceğiz. Sınıf tanımlamalarımızı ise istediğimiz noktada yapabiliriz. C#
dili birçok matematiksel fonsiyonu barındırır (Çizelge 3.1).
Çizelge 3.1 C#’ da kullanılan matematiksel fonksiyonlar
Programda tanıtılan değişkenler aşağıdaki gibidir:
//*****************Soğutucu Serpantin*******************
public static double mHava;
public static double mSu;
public static double THava1;
public static double THava2;
public static double TSu1;
public static double TSu2;
public static double PH;
public static double RH;
public static double VH;
public static double VSu;
49
public static double RSu;
public static double TSuSinir;
public static double THSinir;
public static double bagil1;
public static double bagil2;
public static double lamdaHava1;
public static double lamdaHava2;
public static double PrH;
public static double muH;
public static double RoH;
public static double RoSu;
public static double cpHava;
public static double cpSu;
public static double aH;
public static double hBuhar;
public static double PSuBuharıDoyma1;
public static double PSuBuharıDoyma2;
public static double PSuBuharı1;
public static double PSuBuharı2;
public static double VBuhar1;
public static double VBuhar2;
public static double hEntalpi1;
public static double hEntalpi2;
public static double W1;
public static double W2;
public static double Tcig;
public static double QTop;
public static double QKuru;
public static double Qislak;
public static double AKuru;
public static double Aislak;
public static double Kislak;
50
public static double Kkuru;
public static double ATop;
public static double HSinir;
public static double Rislak;
public static double RKuru;
public static double LmtdKuru;
public static double Lmtdislak;
public static double ABoruKesit;
public static double DicH;
public static double AGiris;
public static double DdisH;
public static double SL;
public static double ST;
public static double Yukseklik;
public static double Uzunluk;
public static double Genislik;
public static double NBoru;
public static double NBorux;
public static double Kanat;
public static double Zetx;
public static double Zet;
public static double Hacim;
public static double NrH;
public static double NrxH;
public static double BK;
public static double Kompaktlik;
//******************************************************
51
Programda kullanılan kodlar şu şekildedir.
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;
namespace Tez
{
public partial class Form5 : Form
{
public Form5()
{
InitializeComponent();
}
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
Form1.TSuSinir = Form1.TSu2 - 0.15 * (Form1.TSu2 - Form1.TSu1);
Form1.THSinir = Form1.THava1 - 0.15 * (Form1.THava1 - Form1.THava2);
textBox40.Text = Convert.ToString(Form1.THSinir);
//**********Havanın ısı geçiş özellikleri*****************
//Formül Isı iletim Katsayısı
Form1.lamdaHava1 = (0.02422 + 0.719 * Math.Pow(10, -4) *
Form1.THava1) / 1000;
52
Form1.lamdaHava2 = (0.02422 + 0.719 * Math.Pow(10, -4) *
Form1.THava2) / 1000;
textBox1.Text = Convert.ToString(Form1.lamdaHava1);
textBox2.Text = Convert.ToString(Form1.lamdaHava2);
//Formül Prandtl Sayısı
Form1.PrH = 0.7137 - 0.1256 * Math.Pow(10, -3) * Form1.THava1;
textBox3.Text = Convert.ToString(Form1.PrH);
//Dinamik Vikozite
Form1.muH = 0.1724 * Math.Pow(10, -4) + 0.4426 * Math.Pow(10, -7) *
Form1.THava1;
textBox4.Text = Convert.ToString(Form1.muH);
//Yoğunluk
Form1.RoH = Form1.PH / (Form1.RH * (Form1.THava1 + 273.15));
textBox5.Text = Convert.ToString(Form1.RoH);
//Özgül Isı
Form1.cpHava = (Form1.PrH * Form1.lamdaHava2 / Form1.muH) / 1000;
textBox6.Text = Convert.ToString(Form1.cpHava);
//Isı yayılım katsayısı
Form1.aH = Form1.lamdaHava1 / (Form1.RoH * Form1.cpHava);
textBox7.Text = Convert.ToString(Form1.aH);
//su buharı ile ilgili özellikler
Form1.hBuhar = 2501 + 1.805 * Form1.THava1;
textBox8.Text = Convert.ToString(Form1.hBuhar);
53
if (Form1.THava1 < 0)
{
Form1.PSuBuharıDoyma1 = Math.Pow(Math.E, (-5674.5359 /
(Form1.THava1 + 273.15) + 6.3925247 - 0.9677843 * Math.Pow(10, -2) *
(Form1.THava1 + 273.15) + 0.62215701 * Math.Pow(10, -6) *
(Math.Pow((Form1.THava1 + 273.15), 2)) + 0.20747825 * Math.Pow(10, -8) *
(Math.Pow((Form1.THava1 + 273.15), 3)) + 0.9484024 * Math.Pow(10, -12) *
(Math.Pow((Form1.THava1 + 273.15), 4)) + 4.1635019 * Math.Log((Form1.THava1
+ 273.15), Math.E)));
textBox9.Text = Convert.ToString(Form1.PSuBuharıDoyma1);
}
else
{
Form1.PSuBuharıDoyma1 = Math.Pow(Math.E, (-5800.2206 /
(Form1.THava1 + 273.15) + 1.3914993 - 0.04860239 * (Form1.THava1 + 273.15) +
0.41764768 * Math.Pow(10, -4) * (Math.Pow((Form1.THava1 + 273.15), 2)) -
0.1445293 * Math.Pow(10, -7) * (Math.Pow((Form1.THava1 + 273.15), 3)) +
6.5459673 * Math.Log((Form1.THava1 + 273.15), Math.E)));
textBox9.Text = Convert.ToString(Form1.PSuBuharıDoyma1);
}
//Subuharı kısmi basınçcı
Form1.PSuBuharı1 = Form1.bagil1 * Form1.PSuBuharıDoyma1;
textBox10.Text = Convert.ToString(Form1.PSuBuharı1);
//su buharının özgül hacmi
Form1.VBuhar1 = (Form1.THava1 + 273.15) * Form1.RSu /
Form1.PSuBuharı1;
textBox11.Text = Convert.ToString(Form1.VBuhar1);
//nemli havanın özgül nem 1 noktası
Form1.W1 = 0.622 * Form1.PSuBuharı1 / (Form1.PH - Form1.PSuBuharı1);
54
textBox12.Text = Convert.ToString(Form1.W1);
// SU BUHARININ DOYMA BASINCI ÇIKIŞ HALİ İÇİN
if (Form1.THava2 < 0)
{
Form1.PSuBuharıDoyma2 = Math.Exp(-5674.5359 / (Form1.THava2 +
273.15) + 6.3925247 - 0.9677843 * Math.Pow(10, -2) * (Form1.THava2 + 273.15) +
0.62215701 * Math.Pow(10, -6) * (Math.Pow((Form1.THava2 + 273.15), 2)) +
0.20747825 * Math.Pow(10, -8) * (Math.Pow((Form1.THava2 + 273.15), 3)) +
0.9484024 * Math.Pow(10, -12) * (Math.Pow((Form1.THava2 + 273.15), 4)) +
4.1635019 * Math.Log((Form1.THava2 + 273.15)));
textBox13.Text = Convert.ToString(Form1.PSuBuharıDoyma2);
}
else
{
Form1.PSuBuharıDoyma2 = Math.Exp(-5800.2206 / (Form1.THava2 +
273.15) + 1.3914993 - 0.04860239 * (Form1.THava2 + 273.15) + 0.41764768 *
Math.Pow(10, -4) * (Math.Pow((Form1.THava2 + 273.15), 2)) - 0.1445293 *
Math.Pow(10, -7) * (Math.Pow((Form1.THava2 + 273.15), 3)) + 6.5459673 *
Math.Log((Form1.THava2 + 273.15)));
textBox13.Text = Convert.ToString(Form1.PSuBuharıDoyma2);
}
//SU BUHARININ KISMİ BASINCI 2 YANİ ÇIKIŞ HALİ İÇİN
Form1.PSuBuharı2 = Form1.bagil2 * Form1.PSuBuharıDoyma2;
textBox14.Text = Convert.ToString(Form1.PSuBuharı2);
//NEMLİ HAVANIN ÖZGÜL HACMİ m3/kg
Form1.VBuhar2 = (Form1.THava2 + 273.15) * Form1.RSu /
Form1.PSuBuharı2;
textBox15.Text = Convert.ToString(Form1.VBuhar2);
55
//NEMLİ HAVANIN ENTALPİSİ
Form1.hEntalpi1 = Form1.THava1 + Form1.W1 * (2501 + 1.805 *
Form1.THava1);
textBox16.Text = Convert.ToString(Form1.hEntalpi1);
//DOYMUŞ HAVANIN ENTALPİSİ
Form1.hEntalpi2 = 10.31 + 1.316 * Form1.THava2 + 0.0529 *
Math.Pow(Form1.THava2, 2);
textBox17.Text = Convert.ToString(Form1.hEntalpi2);
//NEMLİ HAVANIN ÖZGÜL NEMİ kg/kg
Form1.W2 = 0.622 * Form1.PSuBuharı2 / (Form1.PH - Form1.PSuBuharı2);
textBox18.Text = Convert.ToString(Form1.W2);
//ÇİĞ NOKTASI SICAKLIĞI
if (Form1.THava2 < 0)
{
Form1.Tcig = -60.45 + 7.032 * Math.Log(Form1.PSuBuharı2) + 0.37 *
Math.Pow((Math.Log(Form1.PSuBuharı2)), 2);
textBox19.Text = Convert.ToString(Form1.Tcig);
}
else
{
Form1.Tcig = -35.957 - 1.872 * Math.Log(Form1.PSuBuharı2) + 1.16893
* Math.Pow((Math.Log(Form1.PSuBuharı2)), 2);
textBox19.Text = Convert.ToString(Form1.Tcig);
}
// SUYUN ÖZGÜL ISISI
Form1.cpSu = (0.015539 * Math.Pow(((Form1.TSu1 + 273.15) - 308.2), 2) +
4180.9) / 1000;
textBox20.Text = Convert.ToString(Form1.cpSu);
56
//SUYUN YOĞUNLUĞU
Form1.RoSu = 1200.92 - 1.0056 * (Form1.TSu1 + 273.15) + 0.0010824 *
Math.Pow((Form1.TSu1 + 273.15), 2);
textBox21.Text = Convert.ToString(Form1.RoSu);
//TOPLAM SOĞUTMA YÜKÜ
Form1.QTop = Form1.mHava * ((Form1.hEntalpi1 - Form1.hEntalpi2) -
(Form1.W1 - Form1.W2) * Form1.hBuhar);
textBox22.Text = Convert.ToString(Form1.QTop);
//SUYUN DEBİSİ
Form1.mSu = Form1.QTop / ((Form1.TSu2 - Form1.TSu1) * Form1.cpSu);
textBox23.Text = Convert.ToString(Form1.mSu);
//*****************
Form1.HSinir = Form1.hEntalpi1 - (Form1.THava1 - Form1.THSinir) *
Form1.cpHava;
textBox24.Text = Convert.ToString(Form1.HSinir);
Form1.RKuru = (0.0281 * Math.Pow(Form1.VH, -0.5717)) * 1000;
textBox25.Text = Convert.ToString(Form1.RKuru);
Form1.LmtdKuru = ((Form1.THava1 - Form1.TSu2) - (Form1.THSinir -
Form1.TSuSinir)) / Math.Log((Form1.THava1 - Form1.TSu2) / (Form1.THSinir -
Form1.TSuSinir));
textBox26.Text = Convert.ToString(Form1.LmtdKuru);
Form1.QKuru = Form1.mHava * Form1.cpHava * (Form1.THava1 -
Form1.THSinir);
textBox27.Text = Convert.ToString(Form1.QKuru);
Form1.AKuru = Form1.QKuru * Form1.RKuru / Form1.LmtdKuru;
textBox28.Text = Convert.ToString(Form1.AKuru);
57
Form1.Rislak = (0.0275 * Math.Pow(Form1.VH, -0.6426)) * 1000;
textBox29.Text = Convert.ToString(Form1.Rislak);
Form1.Lmtdislak = ((Form1.THSinir - Form1.TSuSinir) - (Form1.THava2 -
Form1.TSu1)) / Math.Log((Form1.THSinir - Form1.TSuSinir) / (Form1.THava2 -
Form1.TSu1));
textBox30.Text = Convert.ToString(Form1.Lmtdislak);
Form1.Qislak = Form1.QTop - Form1.QKuru;
textBox31.Text = Convert.ToString(Form1.Qislak);
Form1.Aislak = Form1.Qislak * Form1.Rislak / Form1.Lmtdislak;
textBox32.Text = Convert.ToString(Form1.Aislak);
Form1.ATop = Form1.Aislak + Form1.AKuru;
textBox33.Text = Convert.ToString(Form1.ATop);
Form1.Kislak = 1 / Form1.Rislak;
Form1.Kkuru = 1 / Form1.RKuru;
Form1.ABoruKesit = Form1.mSu / (Form1.RoSu * Form1.VSu);
textBox34.Text = Convert.ToString(Form1.ABoruKesit);
Form1.DicH = Math.Pow((4 * Form1.ABoruKesit / Math.PI), 0.5);
textBox35.Text = Convert.ToString(Form1.DicH);
if ((Form1.DicH > 0.01) || (Form1.DicH < 0.0115) || (Form1.DicH == 0.01))
{
Form1.DdisH = 0.012;
textBox36.Text = Convert.ToString(Form1.DdisH);
}
58
//GEREKLİ SERPANRİN GİRİŞ ALANI
Form1.AGiris = Form1.mHava / (Form1.VH * Form1.RoH);
textBox37.Text = Convert.ToString(Form1.AGiris);
Form1.SL = 1.25 * Form1.DdisH;
Form1.ST = 1.25 * Form1.DdisH;
//------------------------------
Form1.Yukseklik = Math.Pow(Form1.AGiris, 0.5);
textBox38.Text = Convert.ToString(Form1.Yukseklik);
Form1.Uzunluk = Form1.Yukseklik;
textBox39.Text = Convert.ToString(Form1.Uzunluk);
//BORU SAYISI
Form1.NBorux = (Form1.Yukseklik / Form1.ST) - 1;
Form1.NBoru = Math.Ceiling(Form1.NBorux);
textBox40.Text = Convert.ToString(Form1.NBoru);
//-------------------------
Form1.Hacim=Form1.ATop/420;
textBox41.Text = Convert.ToString(Form1.Hacim);
Form1.Genislik=Form1.Hacim/Form1.AGiris;
textBox42.Text = Convert.ToString(Form1.Genislik);
//% SERPANTIN DERINLIGI DOGRULTUSUNDAKI SIRA SAYISI
Form1.NrxH=Form1.Genislik/Form1.SL;
Form1.NrH=Math.Ceiling(Form1.NrxH);
textBox43.Text = Convert.ToString(Form1.NrH);
59
// % KANATÇIK KALINLIĞI
Form1.Kanat = 0.001;
textBox47.Text = Convert.ToString(Form1.Kanat);
Form1.Zetx = (Form1.ATop - Math.PI * Form1.DdisH * Form1.NBoru *
Form1.NrH * Form1.Uzunluk) / (2 * Form1.Yukseklik * Form1.Genislik - Math.PI *
Math.Pow(Form1.DdisH, 2) * Form1.NBoru * Form1.NrH / 2 - Math.PI *
Form1.DdisH * Form1.NBoru * Form1.NrH * Form1.Kanat);
Form1.Zet = Math.Ceiling(Form1.Zetx);
textBox44.Text = Convert.ToString(Form1.Zet);
//% KANATLAR ARASI MESAFE
Form1.BK = (Form1.Uzunluk - Form1.Zet * Form1.Kanat) / Form1.Zet;
textBox45.Text = Convert.ToString(Form1.BK);
Form1.Kompaktlik = Form1.ATop / (Form1.Uzunluk * Form1.ST *
Form1.SL * Form1.NBoru * Form1.NrH);
textBox46.Text = Convert.ToString(Form1.Kompaktlik);
textBox72.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.lamdaHava1, 10));
textBox73.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.lamdaHava2, 10));
textBox74.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.muH, 10));
textBox75.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.RoH, 10));
textBox76.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.cpHava, 10));
textBox77.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.PrH, 10));
textBox78.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.VH, 10));
textBox57.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.aH, 10));
textBox86.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.mHava, 10));
textBox79.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.cpSu, 10));
textBox80.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.RoSu, 10));
textBox81.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.mSu, 10));
textBox82.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.VSu, 10));
60
}
private void button2_Click_1(object sender, EventArgs e)
{
textBox48.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.W1, 10));
textBox49.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.VBuhar2, 10));
textBox50.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.hBuhar, 10));
textBox51.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.hEntalpi1, 10));
textBox52.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.hEntalpi2, 10));
textBox53.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.PSuBuharı1, 10));
textBox54.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.PSuBuharı2, 10));
textBox55.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.VBuhar1, 10));
textBox56.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.W2, 10));
}
private void button4_Click(object sender, EventArgs e)
{
label53.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.Kislak, 10));
label57.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.Kkuru, 10));
label123.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.QTop, 10));
label86.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.ATop, 10));
}
private void button5_Click(object sender, EventArgs e)
{
textBox61.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.ABoruKesit, 10));
textBox62.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.DicH, 10));
textBox63.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.DdisH, 10));
textBox64.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.AGiris, 10));
textBox65.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.Yukseklik, 10));
textBox66.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.Uzunluk, 10));
textBox60.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.NBoru, 10));
61
textBox59.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.Hacim, 10));
textBox58.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.Genislik, 10));
textBox67.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.NrH, 10));
textBox68.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.Kanat, 10));
textBox69.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.Zet, 10));
}
private void button3_Click(object sender, EventArgs e)
{
label138.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.Kompaktlik, 10));
label142.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.Lmtdislak, 10));
label128.Text = Convert.ToString(Math.Round(Form1.LmtdKuru, 10));
}
}
}
62
4. ARAŞTIRMA BULGULAR
Şekil 4.1 de su debisinin hava debisine bağlı değişimi görülmektedir. Burada havanın
debisi arttıkça suyun debisi de artmaktadır.
Hava-Su Kütle Debisi Diyagramı
0,097 0,194
0,292
0,388
0,485
0,09
0,19
0,29
0,39
0,49
0,2 0,4 0,6 0,8 1
mHava (kg/s)
mSu
(kg/
s)
msu
Şekil 4.1 Su debisinin hava debisine bağlı değişim grafiği
Şekil 4.2 de toplam soğutma yükünün hava debisine bağlı değişimi görülmektedir.
Burada havanın debisi arttıkça toplam soğutma yükü de artmaktadır.
Havanın Debisi- Toplam Soğutma Yükü Grafiği
10,1898,152
6,11
4,0758
2,0382
4
6
8
10
0,2 0,4 0,6 0,8 1
mHava (kg/s)
Q (k
J)
Q
Şekil 4.2 Toplam soğutma yükünün hava debisine bağlı değişim grafiği
Şekil 4.3 de boru yüzey alanının hava debisine bağlı değişimi görülmektedir. Burada
havanın debisi arttıkça boru yüzey alanı da artmaktadır.
63
Hava Debisi - Boru Yüzey Alanı10,5354
2,107
4,214
6,321
8,428
2
4
6
8
10
0,2 0,4 0,6 0,8 1
mHava (kg/s)
A (m
2)
Şekil 4.3 Boru yüzey alanının hava debisine bağlı değişim grafiği
Şekil 4.4 de boru kesit alanının hava debisine bağlı değişimi görülmektedir. Burada
havanın debisi arttıkça boru kesit alanı da artmaktadır.
Boru Kesit Alanı - Havanın Debisi Grafiği0,0004
0,0003
0,000240,00016
0,000081
0,000080,000130,000180,000230,000280,000330,000380,00043
0,2 0,4 0,6 0,8 1
mHava (kg/s)
ABor
uKes
iti (m
2)
Şekil 4.4 Boru kesit alanının hava debisine bağlı değişim grafiği
Şekil 4.5’de serpantin uzunluğunun hava debisine bağlı değişimi görülmektedir.
Burada havanın debisi arttıkça serpantin uzunluğu da artmaktadır.
64
Serpantin Uzunluğu - Havanın Debisi Grafiği
0,4145
0,293
0,5076
0,6550,586
0,2930,3430,3930,4430,4930,5430,5930,643
0,2 0,4 0,6 0,8 1
mHava (kg/s)
L (m
)
Şekil 4.5 Serpantin uzunluğunun hava debisine bağlı değişim grafiği
Şekil 4.6’ de boru sayısının hava debisine bağlı değişimi görülmektedir. Burada
havanın debisi arttıkça boru sayısı da artmaktadır.
Havanın Debisine Bağlı Boru Sayısı Grafiği
43
39
33
27
1918
23
28
33
38
43
48
0,2 0,4 0,6 0,8 1
mHava (kg/s)
Nr
Şekil 4.6 Boru sayısının hava debisine bağlı değişim grafiği
Şekil 4.7’ de serpantin giriş alanının hava debisine bağlı değişimi görülmektedir.
Burada havanın debisi arttıkça serpantin giriş alanı da artmaktadır.
65
Serpantin Giriş Alanı - Havanın Debisi
0,086
0,1717
0,257
0,344
0,429
0,060,110,160,210,260,310,360,410,46
0,2 0,4 0,6 0,8 1mHava (kg/s)
Agiriş
(m2)
Şekil 4.7 Serpantin giriş alanının hava debisine bağlı değişim grafiği
Elde edilen sonuçlar değerlendirilerek soğutucu akışkan-hava ile çalışan ve en
yüksek verimle ısı transferini gerçekleştiren bir ısı değişicisinin tasarım parametreleri
elde edilmiştir. Bu veriler ışığında model ısı değişicisinin imalatı başarıyla
gerçekleştirilmiştir.
İmal edilen ısı değişicisi üzerinde yapılan ölçümlerle, hesaplamalara esas olarak
alınan, sıcak hava hızı 2 m/s ile soğuk su hızı 1,2 m/s alınarak, sıcak hava giriş
sıcaklığı 30 0C ve soğuk su giriş sıcaklığı ise 5 0C olarak ölçülerek girilmiş ve ısı
değişicisi çıkışındaki sıcaklıklar ölçülmüştür. Ölçümler sonucunda sıcak hava çıkış
sıcaklığı 19,4 0C ve soğuk su çıkış sıcaklığı ise 10,8 0C olarak kaydedilmiştir.
Isı değişicisinden ölçüm yoluyla elde edilen bu sıcaklık değerleri hesaplamaya esas
olan soğutucu su sıcaklığı olan 10 0C ile sıcak havanın çıkış sıcaklığı olan 20 0C
değerleriyle makul ölçüde uyum gösterdiği tespit edilmiştir.
66
5. SONUÇ
Problemin sınırlarına, uygulama alanları ile kapasitesine uygun olarak elde edilen
matematiksel modelin çözümü için hazırlanan C# bilgisayar programı ile farklı tip ısı
değişicileri için hesaplamalar yapılmıştır. Bu çalışmaya esas olan soğutma serpantinli
hava-sıvı ısı değiştiricilerinin hesaplanmasında, akış tipine göre zıt akışlı ısı
değişicilerinin boyutlandırılmasına esas olacak parametreler elde edilmiştir.
Isı değişicisinde sıcak ve soğuk akışkanların ısı değişicisinin giriş ve çıkışındaki
sıcaklıkları belli ise o zaman programda normal yoldan logaritmik ortalama sıcaklık
farkı üzerinden çözüm sağlanmaktadır. Zıt akışlı ısı değişicileri için akış hızları,
nemli havanın entalpileri, toplam ısı transfer katsayıları, toplam ısı transfer yüzeyleri,
boru sıra sayısı, kanatçık sayıları, kanatçık kalınlıkları, serpantin boyutları ile
soğutma yükleri hesaplanmıştır. Program ayrıca üniversal yapısıyla farklı model ısı
değiştirici modellenmesine de imkân tanımaktadır.
Soğutma serpantinli hava-sıvı ısı değiştiricilerinin performans ve tasarım
değişkenlerinin karşılaştırılması açısından elde edilen bulguların değerlendirilmesi
yapılmıştır. Tez içeriğinde verildiği üzere, ilgili şekil ve tablolardan da görüldüğü
gibi, literatürlerdeki gibi zıt akışlı Soğutma serpantinli hava-sıvı ısı değiştiricilerinin
daha yüksek ısı transfer etme özelliği nedeniyle aynı bir ısı transfer yüzeyinde
transfer edilen ısı miktarı artmaktadır. Buna paralel olarak aynı miktar ısı transfer
eden ısı değişicileri için zıt akışlı ısı değişicilerinin boyutları küçülmektedir. Buna
bağlı olarak ısı değişici verimliliğinin arttığı tespit edilmiştir. Dolayısıyla maliyet ve
performans karakteristikleri ortaya konulmuş olmaktadır.
Bilindiği üzere, özellikle ısı değişicilerinin kompleks yapısı teorik incelemede
matematiksel modelin oluşturulmasını zorlaştırmaktadır. Bu nedenle analitik çözüm
mümkün olamamaktadır. Hesaplamaya taban oluşturacak eşitliklerin türetilebilmesi
ancak deneysel verilerle mümkün olabilmektedir. Bu nedenle literatürde çok sayıda
ampirik eşitliklerle karşılaşılmaktadır. Hazırlanan modeller üzerine verilen eşitlikler
ile sunulan çözümlerde büyük farklılıklar söz konusudur. Dolayısıyla literatürlerde
67
çelişkili veriler mevcuttur. Bu tür çelişkilerin giderilmesi ve güvenilir ve hassas
hesaplamaların ortaya konulması sonuçların deneysel bulgularla test edilmesi ile
ancak mümkün olabilecektir.
Sunulan gerekçeler ile çözümün kontrol edilmesi için verilen resimlerden görüleceği
üzere deney düzeneği hazırlanmıştır. Yapılan çalışmada tablo ve şekillerden de
açıkça görüleceği üzere literatüre ve hazırlanmış deneysel çalışmanın optimum
boyutlarıyla büyük bir uyum sergilemektedir.
Yapılan çalışma, ısı değişicileri ve özellikle kanatçıklı borulu ısı değiştiricilerinin
seçimi, performansı ve boyutlandırmaya esas parametrelerin belirlenmesi mümkün
olacaktır. Sonuç olarak, hazırlanan bilgisayar programı ile çok hassas hesaplama
olanakları sunarak basit ve kullanışlı yapısı ile literatüre katkı sağlayacaktır.
68
6. KAYNAKLAR
Aganda, A., Coney, J. E. R., Farrant, P. E., Sheppard, C. G. W., and
Wongwuttanasatian ,T., 2000, A comparison of the predicted and
experimental heat transfer performance of a finned tube evaporator, Applied
Thermal Engineering, 20, 6, p499-513.
Ahn, S., W., Bae, S., T., Lee, B., C., Bae, M.., W., Kim, W., C., 2005, Fluid flow and heat
transfer in fluidized bed vertical shell and tube type heat exchanger,
International Communications in Heat and Mass Transfer, 32, 224–232.
Aicher, T., Kim, W., K., 1998, Experımental Investıgatıon Of The Influence Of The
Cross Flow In The Nozzle Regıon On The Shell-Sıde Heat Transfer In
Double-Pıpe Heat Exchangers, International Journal of Heat and Mass
Transfer, 25, 1, 43-58p.
Aichers T., Martin, H., Polt, A., 1999, Rayleigh–Benard convection in vertical shell
and tube heat.
Aprea, C., Renno, C., 2001 , Experimental analysis of a transfer function for an air
cooled evaporator, Applied Thermal Engineering, 21, 4, p481-493.
Ayub, Z., H., 2005, A new chart method for evaluating single-phase shell side heat
transfer coefficient in a single segmental shell and tube heat
exchanger,Applied Thermal Engineering, 25, 2412–2420.
Babu, B., V., Munawar, S., A., 2007, Chemical Engineering Science, Accepted date:
30 March 2007.
Babu, B., V., Munawar, S., A., 2007, Differential evolution strategies for optimal
design of shell-and-tube heat exchangers, Chemical Engineering Science,
Accepted date: 30 March 2007.
69
Barman, J., . Ghoshal, A., K., 2006, Performance analysis of finned tube and
unbaffled shell-and-tube heat exchangers, International Journal of Thermal
Sciences, accepted 6 December 2006. Bundle heat exchangers, International
Journal Thermal Science, 39, 414–421.
Butterworth, D., 2002, Design of shell-and-tube heat exchangers when the fouling
depends on local temperature and velocity, Applied Thermal Engineering, 22
2002 789–801.
Byun, J.-S. Lee, J., 2007, Numerical analysis of evaporation performance in a finned-
tube heat exchanger, International Journal of Refrigeration, In Press,
co-immobilized cell bioreactor, Process Biochemistry 39, 1269–1273.
Cole, R., A., 1996, Shell-and-tube heat exchanaers in refrinerationpart, Heat. Pip. Air
Condit., 68, 12,.38-44.
Çeteci, Ö., M., 1999, Bilgisayar yardımıyla ısı değiştiricisi tasarımı, İTÜ., FBE.,
İstanbul.
Domanski, P., A., Yashar, D., and Kim, M., 2005, Performance of a finned-tube
evaporator optimized for different refrigerants and its effect on system
efficiency, International Journal of Refrigeration, 28,6, p820-827.
Engin, T., 1995, Sıvıdan sıvıya gövde borulu bir ısı değiştirgecinin bilgisayar
yardımıyla optimizasyonu, ZKÜ., FBE., Zonguldak.
Eryener, D., 2006, Thermoeconomic optimization of baffle spacing for shell and tube
heat exchangers, Energy Conversion and Management, 47, 1478–1489.
exchangers, Chemical Engineering and Processing, 38, 579–584.
Fraas, A., P., Ozısık, M., N., 1965, Heat Exchanger Design, John Wiley and Sons,
Inc., USA.
70
Gaddis, E., S., Gnielinski, V., 1997, Pressure drop on the shell side of shell-and-tube
heat exchangers with segmental baffles, Chemical Engineering and
Processing, Apr., 36, 2. 149-159.
García-Cascales, and et al., 2007, Assessment of boiling heat transfer correlations in
the modelling of fin and tube heat exchangers, International Journal of
Refrigeration, In Press, Corrected Proof, Available online 18 January.
Genceli, O., F., 1983. Isı Eşanjörleri Ders Notları, İTÜ. Mühendislik Fakültesi,
Makine Mühendisliği Bölümü, İstanbul.
Gong, Z., -X., Mujumdar, A., S., 1997, Fınıte-Element Analysıs Of Cyclıc Heat
Transfer In A Shell-And-Tube Latent Heat Energy Storage Exchanger,
Applied Thermal Engineering, 17, 6, pp. 583-591.
Horuz, I., Kurem, E., and Yamankaradeniz, R., 1998, Experimental and theoretical
performance analysis of air-cooled plate-finned-tube evaporators,
International Communications in Heat and Mass Transfer, 25,6, p787-798.
in shell-and-tube heat exchanger, International Journal of Pressure Vessels
and Piping, 81, 563–567.
İsmal, H., 1990, Soğutucu ve Nem Alıcı Serpantin Tasarımı. Yüksek Lisans Tezi.,
İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
Jiang, H., Aute, V., and Radermacher, R., 2006, CoilDesigner: a general-purpose
simulation and design tool for air-to-refrigerant heat exchangers, International
Journal of Refrigeration, 29, 4, p601-610.
Jin, W., Zengliang, G., Lihua, L., Jinsong, Z., 2004, Comparison of two FEA models
for calculating stresses in shell-and-tube heat exchanger, International Journal
of Pressure Vessels and Piping, ,81, 6, 563 567.
71
Kakaç, S., 1996, Heat Exchanger Design Course. Fundamentals and Applications,
Presented at ITU. Faculty of Mechanical Engineering, Cilt l, İstanbul.
Kakaç, S., 1996, Heat Exchanger Design Course. Fundamentals and Applications,
Presented at ITU. Faculty of Mechanical Engineering, Cilt 3, İstanbul.
Kara, Y., A., Ozbilen, G., 2004, A computer program for designing of shell-and-tube
heat exchangers, Applied Thermal Engineering, 24, 1797–1805.
Karlsson, T., Vamling, L., 2004, Reasons for drop in shell-and-tube condenser
performance when replacing R22 with zeotropic mixtures. Part 2:
investigation of mass transfer resistance effects, International Journal of
Refrigeration, 27, 561–566.
Lachi,M., El Wakil, N., Padet, J., 1997, The time constant of double pipe and one
pass shell-and-tube heat exchangers in the case of varying fluid flow rates,
International Journal of Heat and Mass Transfer, 40, 9, 2067-2079.
Lee, D., Ahn, Y., Kim, Y., Kim, Y., Chang, I., 2002, Experimental investigation on
the drop-in performance of R407C as a substitute for R22 in a screw chiller
with shell-and-tube heat exchangers, International Journal of Refrigeration,
25, 575–585.
Lia, H., Kottke, V., 1998, Effect of baffle spacing on pressure drop and local heat
transfer in shell-and-tube heat exchangers for staggered tube arrangement,
International Journal of Heat and Mass Transfer, 41, 2, 425-433.
Lia, H., Kottke, V., 1998, Visualization and determination of local heat transfer
coeffcients in shell-and-tube heat exchangers for staggered tube arrangement
by mass transfer measurements, Experimental Thermal and Fluid Science, 16,
342-348.
72
Liu, M., -S., Dong, Q., -W., Wang, D., -B., Ling, X., 1999, Numerical simulation of
thermal stress in tube-sheet of heat transfer equipment, International Journal
of Pressure Vessels and Piping, 76, 671–675.
Lona, L., M., F., 2000, Developing an educational software for heat exchangers and
heat exchanger networks projects, Computers and Chemical Engineering 24,
1247-1251.
M., Melón, M., G., 1998 , Modelling of plate finned tube evaporators and condensers
working with R134A, International Journal of Refrigeration, 21, 4, p 273-
284.
Navarro, J., Cabello, R., Torrella, E., 2005, Experimental evaluation of the internal
heat exchanger influence on a vapour compression plant energy efficiency
working with R22, R134a and R407C, Energy, 30, 5, p621-636.
Oğulata, R., T., Küçük, A., 1997, Levhalı ve Döner Tip Isı Değiştirgeçlerinin
Karşılaştınlması. Mühendis ve Makine, 450, 47-53.
Özçelik, Y., 2007, Exergetic optimization of shell and tube heat exchangers using a
genetic based algorithm, Applied Thermal Engineering, 27, 1849–1856.
Parmaksızoğlu, C., İsmal, H., 1990, Bilgisayar Yardımı ile Soğutucu ve Nem Alıcı
Serpantin Tasarımı. 4. Ulusal Makine Teorisi Sempozyumu, İstanbul.
Pettigrew, M., J., Taylor,C., E., 2003, Vibration analysis of shell-and-tube heat
exchangers: an overview—Part 1: flow, damping, fluidelastic instability,
Journal of Fluids and Structures, 18, 469–483.
Pettigrew, M., J., Taylor,C., E., 2003, Vibration analysis of shell-and-tube heat
exchangers: an overview—Part 2: vibration response, fretting-wear,
guidelines, Journal of Fluids and Structures, 18, 485–500.
73
Roetzel,W., Balzereit, F., 2000, Axial dispersion in shell-and-tube heat exchangers,
International Journal Thermal Science, 39, 1028–1038.
Nada, S., A., El-Ghetany, H., H., Hussein, H., M., S., 2004, Performance of a two-
phase closed thermosyphon solar collector with a shell and tube heat
exchanger, Applied Thermal Engineering 24, 1959–1968.
Sahoo, R., K., Roetzel, W., 2002, Hyperbolic axial dispersion model for heat
exchangers, International Journal of Heat and Mass Transfer, 45, 1261–1270.
Sarntichartsak, P., Monyakul, V., Thepa, S., 2007, Modeling and experimental study
on performance of inverter air conditioner with variation of capillary tube
using R-22 and R-407C, Energy Conversion and Management, 48, 2, p344-
354.
Selbas, R., Kızılkan, Ö., Reppich, M., 2006, A new design approach for shell-and-
tube heat exchangers using genetic algorithms from economic point of view,
Chemical Engineering and Processing, 45, 268–275.
Smith,S., J.,. Shao, L., 2001, Pressure drop of HFC refrigerants inside evaporator and
condenser coils as determined by CFD, Applied Energy, 70, 2, p169-178.
Soltan, K., B., Saffar-Avval, M., Damangir E., 2004, Minimizing capital and operating costs
of shell and tube condensers using optimum baffle spacing, Applied Thermal
Engineering, 24, 2801–2810.
Sommers, A., D., and . Jacobi, A.,M., 2005, Air-side heat transfer enhancement of a
refrigerator evaporator using vortex generation, International Journal of
Refrigeration, 28, 7, p1006-1017.
Yılmaz, T., 1996, Yapılarda Isıtma Soğutma Uygulamalarında Enerji Geri Kazanma
Sistemleri ve Enerji Ekonomisi. Tesisat Mühendisliği 33-50.
74
ÖZGEÇMİŞ
Adı Soyadı : Melik Ziya YAKUT
Doğum Yeri ve Yılı: Maçka – 1983
Medeni Hali : Evli
Yabancı Dili : İngilizce
Eğitim Durumu (Kurum ve Yıl)
Lise : Milli Piyango Anadolu Meslek Lisesi, 2001
Lisans : SDÜ, TEF, Bilgisayar Sistemleri Öğretmenliği, 2005
Yüksek Lisans : –
Çalıştığı Kurum/Kurumlar ve Yıl:
ISPARTA, Keçiborlu M.Y.Okulu, 2005
ISPARTA, Keçiborlu S.Demirel Çok Programlı Lisesi, 2006
