Soğutucu akışkan-hava ile çalışan evaporatör imalatında kullanılacak parametrelerin hesaplanması için bir bilgisayar programının yazılması

Öz

Soğutma çevrimindeki dört ana elamandan biri olan evaporatör (soğutma serpantini veya buharlaştırıcı), bu çalışmada kanatlı borulu ısı değiştiricisi olarak kullanılmıştır. Evaporatörlerin boyutlandırılmasına ait parametrelerin belirlenmesinde zorluklar bulunmaktadır. Boyutlandırılmasında kullanılan parametreler bir bilgisayar programı yazılarak hesaplanmıştır. Çalışma platform bağımsızlığı yüksek olan, hassas matematiksel işlemlere uygun yapısıyla Microsoft Visual Studio.NET platformunun C# yazılım dili ile hesaplamaları yapan bir program yazılmıştır. Programda, evaporatörün ısıl hesapları yapılabilmekte ve ısı transferi yüzeyi ile boru adetlerinin belirlenmesi sağlanmıştır. Akışkanların giriş-çıkış sıcaklık değerleri, kütlesel debileri, seçilen boruların iç ve dış çapları hazırlanmış olunan programa veri olarak girilebilmektedir. Kullanılan tüm matematiksel ifadeler, ilgili literatürlerde verilen, doğruluğu kanıtlanmış ampirik ifadelerdir. Tez çalışmasından derlenen bu makaleyle, programın matematiksel denklemleri kullanarak hesapladığı ideal veriler ile bu verilere göre imal edilmiş olan evaporatörün sonuçları karşılaştırılarak programın %90’ın üzerinde doğruluğu belirlenmiştir. Hazırlanan programla yapılan hesaplamalarla evaporatöre etki eden parametreler hesaplanmış etkileri grafiklerle gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Evaporatör
• Isı değitiricisi
• Soğutucu serpantin
• Windows uygulaması

A computer program for calculating parameters to be used in refrigerant-air operated evaporator manufacturing

Öz

The evaporator (cooling coil or blower coil), one of the four main elements in the refrigeration cycle, was used as a finned tube heat exchanger in this study. There are difficulties in determining the parameters for sizing evaporators. The parameters used in sizing were calculated by coding a computer program. The parameters used in sizing were calculated by writing a computer program. A program was written that has high working platform independence and makes calculations with the C# programming language of the Microsoft Visual Studio.NET platform with its structure suitable for precise mathematical operations. In the program, thermal calculations of the evaporator can be made and the heat transfer surface and pipe numbers are determined. Inlet and outlet temperature values of fluids, mass flow rates, inner and outer diameters of selected pipes can be entered as data in the program prepared. All mathematical expressions used are empirical statements with proven accuracy given in the relevant literature. With this article compiled from the thesis study, the program's accuracy over 90% was determined by comparing the ideal data calculated by the program using mathematical equations with the results of the evaporator manufactured according to these data. With the calculations made with the prepared program, the parameters affecting the evaporator and their calculated effects are shown in graphics.

Anahtar Kelimeler

• Evaporator
• Heat exchanger
• Cooling coil
• Windows application

Kaynakça

1. [1] Kabul A, Alternatif soğutucu akışkan kullanılan bir soğutma sisteminde termodinamik ve ısı transferinin teorik ve deneysel olarak incelenmesi. Doktora Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Eğitim Enstitüsü, Isparta, Türkiye, 2008.
2. [2] Kızılkan Ö, Alternatif soğutucu akışkanlı değişken hızlı kompresörlü bir soğutma sisteminin teorik ve deneysel incelenmesi. Doktora Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Eğitim Enstitüsü, Isparta, Türkiye, 2008.
3. [3] Mançuhan E, Mutlu T, Kıran-Yıldırım B, Titiz-Sargut S. Farklı Soğutucu Akışkanların Kullanıldığı Kanatlı Borulu Bir Evaporatörün Matematiksel Modeli. International Journal of Advances in Engineering and Pure Sciences, 31, 66-74, 2019.
4. [4] Selbaş R, Kızılkan Ö, Marcus R. A New Design Approach for Shell and Tube Heat Exchangers Using Genetic Algorithms from Economic Point of View. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 45, 268-275, 2006.
5. [5] Zhang JF, He YL, Tao WQ. 3D Numerical Simulation on Shell and Tube Heat Exchangers with Middle-Overlapped Helical Baffles and Continuous Baffles, part I: Numerical Model and Results of Whole Heat Exchanger with Middle-Overlapped Helical Baffles International Journal of Heat and Mass Transfer, 52, 5371–5380, 2009.
6. [6] Zhang JF, He YL, Tao WQ. 3D Numerical Simulation on Shell and Tube Heat Exchangers with Middle-Overlapped Helical Baffles and Continuous Baffles, part II: Simulation Results of Periodic Model and Comparison between Continuous and Noncontinuous Helical Baffles. International Journal of Heat and Mass Transfer, 52, 5381–5389, 2009.
7. [7] Lu CW, Huang JM, Nien WC, Wang CC. A numerical investigation of the geometric effects on the performance of plate finned-tube heat exchanger. Energy Conversion and Management, 52(3), 1638–1643. 2011.
8. [8] Kasap F, Acül H, Canbaz H, Erbil S. R744 (CO2) Soğutucu Akışkanlı Soğutma Sistemleri, Kanatlı Borulu R744 (CO2) Evaporatör ve Gaz Soğutucu Tasarım Esasları. X. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, İzmir, Türkiye, 13-16 Nisan 2011.

9. [9] Bilirgen H, Dunbar S, Levy EK. Numerical modeling of finned heat exchangers. Applied Thermal Engineering, 61(2), 278-288, 2013.
10. [10] Danielewicz J, Sayegh MA, Śniechowska B, Szulgowska-Zgrzywa M, Jouhara H. Experimental and analytical performance investigation of air to air two phase closed thermosyphon based heat exchangers. Energy, 77, 82-87, 2014.
11. [11] Tahseen TA, Ishak M, Rahman MM. An overview on thermal and fluid flow characteristics in a plain plate finned and un-finned tube banks heat exchanger. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 43, 363-380, 2015.
12. [12] Erdoğan A, Ouellette D, Çolpan CÖ. Gövde Boru Tipi Isı Değiştiricisinin Comsol Multiphysics Programında Sayısal Modellenmesi. Mühendis ve Makina, 59(692), 1-16, 2018.
13. [13] Starace G, Fiorentino M, Meleleo B, Risolo C. The hybrid method applied to the plate-finned tube evaporator geometry. International Journal of Refrigeration, 88, 67–77, 2018.
14. [14] Kırtepe E, Özbalta N. Kanatlı-borulu ısı değiştiricilerde belirsizlik analizi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 9(1), 161–175, 2018.
15. [15] Buyruk E, Karabulut K. Plakalı Kanatçıklı Isı Değiştiricilerde Kanat Açısının Isı Transferine Olan Etkisinin Üç Boyutlu Sayısal Olarak İncelenmesi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 32(1), 49–62, 2017.
16. [16] Wang P, Jiang J, Li S, Luo X, Wang S, Zhao W. An investigation of influence factor including different tube bundles on inclined elliptical fin-tube heat exchanger. International Journal of Heat and Mass Transfer, 142, 2019.
17. [17] Ünverdi M, Küçük H. Taguchi yöntemi ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanılarak tasarlanan levhalı ısı değiştiricilerin performanslarının karşılaştırılması. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 25(4), 373–386, 2019.
18. [18] Ivan G, Andrei P, Nikolay S, Vladislav L. Solving of Mathematical Problems in the C# Based on Integration with MATLAB. 2020 Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT), Yekaterinburg, Russia, 14-15 May 2020.
19. [19] Genceli, O., Isı Değiştiricileri. Birsen Yayınevi, İstanbul, Türkiye, 1999.