Sürfaktan çözeltilerinin ısı transferi ve sürtünme faktörü karakteristiklerinin deneysel incelenmesi

Optimum sonuçlara ulaşma çabaları, modern ısı transferi biliminin daha küçük ama daha verimli cihazlar yapmaya odaklanmasına neden oldu. Çift borulu ısı değiştirici (DPHE), endüstriyel sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. DPHE'nin etkinliğini artırmak için araştırmacılar, ısı transferi yeteneklerini geliştirmeye yönelik çeşitli yaklaşımlar geliştirdiler. Bu stratejilerden biri, daha iyi termal özelliklere sahip alternatif bir temel ısıl akışkan elde etmeye yönelik uygulamaları içerir. Bununla birlikte, bilim insanları türbülanslı boru akışlarında sürtünmeyi azaltan katkı maddelerinin sürtünmeyi azaltma özelliklerini keşfetmekle ilgilendiler. Bu katkı maddelerinin boru sistemlerindeki akışkan sürtünmesini azaltmada neyin etkili olduğuna dair daha fazla fikir edinmeye yönelik çok sayıda teorik ve deneysel çalışma bulunmaktadır. Uzmanlar, bu benzersiz fiziksel davranışları açıklayabilecek çeşitli senaryolar önermektedir. Bu çalışma, sürtünmeyi azaltan maddeler olarak sürfaktan çözeltileri kullanan bir ters akışlı çift borulu ısı değiştiricideki (DPHE) basınç düşüşünü azaltmayı amaçlamaktadır. Bu amaçla sodyum dodesil sülfat (SDS), nonilfenol etoksilat (NP-10) ve polisorbat 80 (Tween 80) olmak üzere üç farklı sürfaktan suya ayrı ayrı ağırlıkça % 0,2 katı konsantrasyonlarında eklenerek sürfaktan çözeltileri hazırlandı. Isıtıcı, soğutucu, depolama tankı, pompa ve çift borulu ısı değiştiriciden oluşan bir test deneyi düzeneği kuruldu. Soğuk akışkan olarak kullanılan sürfaktan çözeltileri ısı değiştiricinin iç borusundan farklı debilerde (3, 4, 5, 6, 7, 8 L/dk) geçerken, sıcak akışkan, saf su debisi deney boyunca 5L/dk da sabit tutulmuştur. Çalışma türbülanslı akış rejimlerinde gerçekleştirilmiştir. Basınç düşüsü ölçümleri ve ısı transferi ölçümleri eş zamanlı gerçekleştirildi. Basınç düşüşü verilerinden sürtünme faktörü hesaplanarak literatürle karşılaştırıldı. Basınç düşüşü ölçümlerinden, sürtünme azalması belirledi. Sürfaktan çözeltileri için sabit akış hızında hesaplanan sürtünme azalması sonuçlarına göre, maksimum sürtünme azalması NP-10 sürfaktan çözeltisi kullanıldığında %15 oranında elde edildi. En az sürtünme azalması ise Tween 80 çözeltisi için % 1.10 olarak elde edildi. Sürtünme azalması SDS ve NP-10 çözeltileri için akış hızı ile artmakta ve bir maksimumdan geçtikten sonra azalmaktadır. Ancak Twee80 çözeltisi için akış hızı ile azalan bir sürtünme azalma davranışı gözlenmiştir. Basınç düsüşü ölçümleri ile eş zamanlı aynı sürfaktan çözeltileri için ısı transferi ölçümleri yapıldı ve saf su ile elde edilen sonuçlar ile karşılaştırıldı. Tüm ısı katsayısı yardımı ile konvektif ısı transferi katsayıları hesaplandı. Konvektif ısı transferi katsayıları hesaplamalarında hem Wilson plot yöntemi hemde klasik iç akış ısı transfer korelasyonu, Dittus Boelter korelasyonu, kullanıldı. Elde edilen sonuçlar karşılaştırıldı. Saf su için elde edilen sonuçlar klasik ısı transfer korelasyonları ile karşılaştırıldı. Buna göre, Dittus Boelter korelasyonu, deneysel sonuçlarla en yakın uyumu gösterdiği gözlemlenmiştir, maksimum sapma % 6 gösterilmiştir. Sabit akış hızında su ile karşılaştırıldığında SDS çözeltisi için suya yakın Nusselt sayıları elde edilirken, NP10 ve Tween80 çözelitleri için ise daha düşük Nusselt sayıları elde edilmiştir. Surfakatan ilavesi sabit basınçta suya göre basınç düşüşünde bir azalmaya sebep olması yanında ısı transferinde de bir azalmaya sebep olduğu görülmüştür.