Spiral mini kanalda kaynamalı akış karakteristiklerinin incelenmesi

Eğri kanallar yapıları itibariyle ikincil akışların meydana getirmesi ve karıştırma kabiliyetleri sayesinde daha yüksek ısı transferleri oluşturma eğilimindedirler. Bunun sebebi, kanal içerisinde meydana gelen merkezkaç kuvveti ve merkezcil kuvvetin etkisi ile birlikte akış üzerinde sürekli değişen bir kuvvet değişimi ve dağılımı meydana gelmesidir. Böylece, akışın karışması ve ısı transferinin artması sağlanmaktadır. Bilindiği gibi, kaynamalı akışların daha yüksek ısı transfer katsayısına sahip olması ve üniform bir sıcaklık dağılımı oluşturması ısıtma ve soğutma uygulamaları açısından önemli bir avantajdır. Bu çalışmada eğri bir kanal yapısına sahip olan spiral mini kanallarda zorlanmış kaynama ortamında ısı transferi, basınç düşüşü ve kaynama kararsızlıkları deneysel olarak incelenmiştir. Çalışma akışkanı olarak R134a kullanılmıştır. Ancak, belirlenen bir parametre için R134a için yapılan deneyler R1234yf soğutucu akışkanı için de gerçekleştirilmiş ve karşılaştırma yapılmıştır. Spiral mini kanalın iki farklı kanal boyu ve üç farklı kanal giriş sayısı çalışma parametresi olarak belirlenmiştir. Deneysel çalışmada üç farklı kütle akısında (G=100, 200 ve 300 kg/m2s), ısı akısının 0-72 kW/m2 aralığında deneyler yapılmış, kuruluk derecesi x=0,99 değerine kadar ulaşmıştır. Test sisteminde meydana gelebilecek kütle kuvvetlerinin etkisini incelemek için üç farklı SMK açısı 0° (yatay), 45° (açılı) ve 90° (dikey) olacak şekilde değiştirilmiştir. Çalışma basıncı 3, 4 ve 5 bar olarak belirlenmiş, bütün deneysel parametreler bu değerlerde test edilmiştir. Deneysel çalışmada sıcaklık, basınç ve kütle akısı değerleri için kaynama akış rejimleri yüksek hızlı kamera ile görselleştirilmiştir.v Deneylerde kütle akısının artması ITK üzerinde %150'lere varan artışlarla sonuçlanmıştır. Düz kanal deneysel sonuçlarına göre spiral mini kanal üzerindeki merkezcil ve merkezkaç kuvvetlerinin hem ITK üzerinde hem de akış rejimi üzerinde önemli bir etkisi olduğu tespit edilmiştir. İki fazlı akış rejiminde SMK'daki basınç kaybının büyük oranda artması, bu artışın ısı transferindeki artış oranına göre daha yüksek olması soğutma performans katsayısının kütle akısıyla ters orantılı olarak değişmesi ile sonuçlanmıştır. SMK için elde edilen basınç, kütle ve sıcaklık osilasyonları genel olarak literatürde verilen düz kanal kaynamalı akış kararsızlıkları ile benzer olsa da nicel olarak büyük farklılıklar içermektedir. Tek girişli SMK'da basınç osilasyonları diğer parametrelere göre 6 kata kadar arttığı gözlenmiştir. R134a soğutucu akışkan için elde edilen ITK, basınç kaybı ve basınç genlik değerleri bakımından R1234yf için elde edilen değerlerden daima daha yüksek olduğu tespit edilmiştir