Yatay borularda iki fazlı akış tabakalaşmasının ve kritik ısı akışının deneysel incelenmesi
Experimental investigation of two-phase flow stratification and critical heat flow in horizontal pipes
- Tez No: 993440
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ORHAN YILDIRIM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Sulu iki faz sistemi, Aqueous two phase system
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Amaç: Yatay boruda ve suyun iş yapan akışkan olarak kullanıldığı zorlanmış konveksiyonlu kaynamalı deney düzeneği kullanılarak, farklı ısıl güç ve kütlesel debi koşulları altında boş borunun termal karakteristiği analiz edilmektedir. Yöntem: Çalışmada, iç çapı 13.5 mm olan düz bir yatay boru kullanılarak, değişken ısıl güç (Q) ve kütlesel debi (m ̇) altında akış rejimleri ve kararsızlık etkileri incelenmiştir. Deneyler, sabit debide, sıvının tek fazlı halden iki fazlı kaynama bölgesine geçişini kapsayacak şekilde yürütülmüş, bu süreçte tek fazlı sıvı, geçiş ve iki fazlı buhar bölgeleri titizlikle tespit edilmiştir. Sistemin en kritik dinamiği olan basınç düşümü tipi osilasyonları (BDO) tetiklemek için girişte sıkıştırılabilir hacim (dengeleyici tank) kullanılmış ve bu osilasyonların etkileri araştırılmıştır. Yatay boru geometrisinden kaynaklanan ve burn-out riskine yol açan katmanlaşma olgusu, alt ve üst cidar sıcaklıklarının ölçülerek termal güvenlik sınırları açısından analiz edilmiştir. Sonuç olarak bu kapsamlı ölçümlerle, akışkanın faz geçişi sırasındaki hidrodinamik sınırları ve termal performansı netleştirilmiştir. Bulgular: Çalışmada elde edilen bulgulara göre, yüksek kütlesel debilerde sıcaklık profilleri daha düzenli ve lineer bir artış göstermiş, sistem genel olarak kararlı bir yapı sergilemiştir. Buna karşın, düşük debilerde cidar sıcaklıklarında ani sıçramalar ve düzensiz basınç değişimleri gözlemlenmiş, bu da buharlaşma sürecinin başladığını ve iki fazlı akışa geçişin gerçekleştiğini ortaya koymuştur. Debinin azalmasıyla birlikte akışkanın boruda daha uzun süre kalması, daha fazla ısı emmesine ve buna bağlı olarak termal kararsızlıkların ortaya çıkmasına neden olmuştur. Sonuç olarak, debi düzeyine bağlı olarak sistemin ısı transferi ve akış davranışı önemli ölçüde değişmiş, düşük debilerde mühendislik açısından dikkat gerektiren karmaşık geçiş profilleri meydana gelmiştir. Sonuçlar: Bu çalışma, yatay bir boru içerisinden sabit ısı girdisiyle geçen akışkanın farklı kütlesel debilerdeki davranışlarını incelemiştir. Yüksek debilerde (92–100 g/s) sıcaklık artışı düzenli ve lineer olup sistem kararlı kalırken; düşük debilerde (40–44 g/s) cidar sıcaklıklarında ani sıçramalar ve basınç dalgalanmaları gözlenmiş, buharlaşma ve iki fazlı akışa geçiş belirtileri ortaya çıkmıştır. Debi azaldıkça buharlaşma eğilimi artmış, sistem daha karmaşık ve kararsız bir hal almıştır. Sonuçlar, ısı değiştirici tasarımında debinin kritik bir parametre olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Purpose: The thermal characteristics of a plain horizontal tube are analyzed under varying thermal power and mass flow rate conditions using a forced convection boiling test setup, where water is used as the working fluid. Method: In the study, a straight horizontal tube with an inner diameter of 13.5 mm was used to investigate flow regimes and instability effects under varying thermal power (Q) and mass flow rate (ṁ). The experiments were conducted at constant flow rates to cover the transition of the liquid from single-phase to two-phase boiling. During this process, the single-phase liquid, transitional, and two-phase vapor regions were carefully identified. To trigger the most critical dynamic of the system, known as pressure drop oscillations (PDO), a compressible volume (balancing tank) was introduced at the inlet, and the effects of these oscillations were investigated. Stratification phenomena arising from the horizontal tube geometry, which can lead to burnout risk, were analyzed by measuring upper and lower wall temperatures to assess thermal safety limits. As a result, the hydrodynamic boundaries and thermal performance during the fluid's phase change were clarified through comprehensive measurements. Findings: According to the results, higher mass flow rates resulted in more regular and linear temperature profiles, and the system generally exhibited stable behavior. In contrast, at lower flow rates, sudden spikes in wall temperatures and irregular pressure fluctuations were observed, indicating the onset of evaporation and transition to two-phase flow. As the flow rate decreased, the fluid remained in the tube longer and absorbed more energy, leading to thermal instabilities. Consequently, the system's heat transfer and flow behavior varied significantly depending on the flow rate, and complex transitional profiles emerged at lower flow rates, which require careful consideration in engineering applications. Results: This study investigated the behavior of a fluid passing through a horizontal tube under constant heat input at different mass flow rates. At high flow rates (92–100 g/s), the temperature rise was regular and linear, and the system remained stable. At lower flow rates (40–44 g/s), sudden jumps in wall temperatures and pressure fluctuations were observed, indicating the onset of boiling and transition to two-phase flow. As the flow rate decreased, the tendency for evaporation increased, and the system became more complex and unstable. The results highlight that flow rate is a critical parameter in the design of heat exchangers.
Benzer Tezler
- Two phase gas-liquid flow in horizontal pipe with various inserts
İçinde çeşitli ek cisimler bulunan yatay borularda iki fazlı gaz-sıvı akışının incelenmesi
BAHRİ BÜYÜKAKÇALI
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
Makine MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUNCAY YILMAZ
- Zorlanmış konveksiyonlu kaynamalı yatay bir boru sisteminde iki fazlı akış kararsızlıklarının deneysel olarak incelenmesi
In forced convection boiling an horizontal tube system investigated experimentally of two phase flow instabilities
SÜLEYMAN KARSLI
Doktora
Türkçe
2000
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖMER ÇOMAKLI
- Pressure gradient prediction of oil-water two phase flow through horizontal pipe
Yatay boru kullanarak yağ ve su iki-fazlı akış basınç gradiyenti tahmini
AHMED IBRAHEEM RAHEEM
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET YAŞAR GÜNDOĞDU
YRD. DOÇ. DR. FUAT YILMAZ
- Hava-su iki fazlı akış parametrelerinin deneysel incelenmesi
Investigation of air-water parameters on two phase flow
AHMET BERK KURTULUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURDİL ESKİN
- Isı transferi iyileştirmesinin iki fazlı akış kararsızlıklarına etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of heat transfer enhancement on two phase flow instabilities
ŞENDOĞAN KARAGÖZ
Doktora
Türkçe
2007
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET YILMAZ