Vortex tüpünün etkisiyle meydana gelen sıcaklık değişimlerinin incelenmesi

Abstract

Ranque-Hilsch tüpleri olarak da bilinen vorteks tüpleri, basınçlı havayı veya herhangi bir soy gazı sıcak ve soğuk akımlara ayıran mekanik bir cihazdır. Vorteks tüplerinin hareketli parçası yoktur. Basınçlı hava yüksek hızda dönmesini sağlayan bir "vortek jenaratörüne" doğru teğetsel olarak gönderilir. Hava tüp içinde yüksek hızda dönerek tüpün diğer ucuna doğru hareket eder. Bu uçta bulunan konik bir valf ile havanın sıcak taraftan dışarı atılmasını sağlar. Tüp içinde kalan hava, çapı daha küçük olan iç vorteks ile geri dönmeye ve jenaratörün merkez deliğinden geçerek soğut taraftan dışarı atılır. Vorteks tüpü içerideki havanın "katı cisim dönüş" hareketi yaptığı kabul edilir. Katı cisim dönüş hareketi, vorteks tüpü içerisinde ayrışan iç ve dış hava akımları arasındaki sürtünmeden kaynaklanmaktadır. Başka bir deyişle tüp içinde iç ve dış hava katmanı oluşur ve bunlara aynı açısal hıza sahiptir. Merkezkaç kuvvetinden dolayı, dış tarafta kalan hava akımı içerde kalan havadan daha fazla basınç değerine ulaşır. İç ve dış hava akımları aynı yönde ve açısal hızda dönmekteyken, içerde kalan akım açısal momentum değerini kaybetmektedir. Açısal momentumdaki azalma nedeniyle dış hava akımına kinetik enerji transferi olur. Böylece besleme havası sıcak ve soğuk hava akımlarına ayrılmış olur. Bu nedenle dış yüzeyde kalan hava akımının sıcaklığı iç kısımdaki havadan daha yüksektir. Vorteks tüpleri akış özelliklerine göre paralel ve karşıt akışlı şeklinde, tasarım özelliklerine göre adyabatik ve adyabatik olmayan şeklindedir. Bu çalışmada karşıt akışlık 4 farklı vorteks tüp imalatı yapılarak her tüpde meydana gelen soğuk-sıcak akış değişimlerinin incelenecektir.

Vortex tube, also called Ranque and Hilsch tube (RHVT) who started creating and developing this device with a simple structure and wide application. It can separate a compressed stream into hot and cold streams. Vortex tube was discovered by Ranque. He got a French patent for the device in 1932, United States patent in 1934. The phenomenon of the temperature or energy separation in a RHVT was unexpectedly discovered by Ranque when he experimentally studied on the cyclone duct separator. Then, Hilsch improved the performance of the RHVT by adjusting the tubes geometry and inlet pressure conditions. After World War II, tubes and research that belong to Hilsch had been reveled and studied widely. Westley made more than 100 researches and references about the Vortex Tube. At the same time, there are a lot of articles that have been written by many researchers for example: Nash, Dobratz, Kalvinskas, McGree, and Curley. By these articles that they made, they tried to improve the vortex tube and push it to be used in several applications. This study presents the effect of cold mass friction, the rates of air flow, the inlet pressure, and time on hot and cold air temperatures that are generated in four different vortex tubes that are manufactured by simple equipments within low prices and different dimensions. That proves the simplification of the vortex tube. Although the efficiency of vortex tube is low, but it produces low temperatures without using expensive cooling machines.