Konstrüktif yapısı basit ve hareketli parça içermeyen vortex tüpleri, basınçlı akışkan kullanılarak aynı anda farklı bölgelerde soğuk ve sıcak akışlar üreten mekanik bir cihazdır. Vortex tüpü maden uzmanı ve fizikçi olan Fransız Georges Joseph Ranque tarafından 1933 yılında icat edilmiştir. Ranque bu keşfinde sıkıştırılmış formdaki gazın tüp içine teğetsel olarak yerleştirilmesi durumunda düşük ve yüksek sıcaklıkta akış akımlarının tüpün farklı uçlarından üretildiğini keşfetmiştir fakat termodinamik açıdan verimsiz olan bu fikir o yıllarda reddedilmiştir. 1947 yılında Alman Mühendis Rudolf Hilsch yaptığı sistematik çalışmalarla giriş basıncı ve vortex tüpünün geometrik parametrelerinin verim üzerinde etkisi olduğu kanısına varıp tüpün verimsel açıdan geliştirilmesini sağladı. Bu sebeple vortex tüpü, Ranque Hilsch Vortex Tube (RHVT) olarak da anılır. Gövde, vortex çemberi, soğuk çıkış tüpü, vortex üretici, sıcak çıkış tüpü ve konik valf elemanlarından oluşur. Isıtma ve soğutma endüstrisinde kullanılır.
Şekil: Vortex Tüpü
Literatürde akış karakteristiğine göre zıt ve paralel olmak üzere iki tip vortex tüpü vardır. Sık kullanılan ise zıt akışlı vortex tüpüdür. Zıt akışlı vortex tüpünde öncelikle yüksek basınçlı akışkan (6-8 bar dolaylarında) bir nozülden geçer. Yüksek basınçlı akışkan, tüpün silindirik yapısı nedeniyle ve giriş basıncına ve hızına bağlı olarak vortex tüpüne teğetsel olarak girer, yüksek hızda vortex tüpü içinde yüksek hızda dairesel bir hareket oluşturur. Bu dairesel hareket çok yüksek açısal hıza sahiptir. Bu akış merkezkaç kuvveti etkisiyle tüp cidarına doğru açılma eğilimi gösterir. Tüp cidarındaki sürtünmeler nedeniyle cidardaki akışın basıncı merkeze oranla fazladır. Bu nedenle akışın bir kısmı radyal doğrultuda tüp merkezine genişler; bu durum tüp içerisinde birbirinden farklı açısal hızlarda dönerek ilerleyen iki akışın oluşmasını sağlar. Tüp merkezindeki bölgede yüksek hızlı akış; cidarda düşük hızlı akış gerçekleşir. Sonuç olarak, merkezdeki akışkan, enerjiyi tüp duvarındaki akışkana aktarır.
Şekil: Zıt Akışlı Vortex tüpü Akış Şeması ve Çalışma Prensibi
Vortex Tüpü Avantajları
- Dizaynı basit; imalatı kolaydır.
- Küçüktürler ve hafif bir konstrüksiyona sahiptirler.
- Kullanılması emniyetli ve taşınabilirdir.
- Hareketli parça içermez (kontrol vanası hariç).
- Hareketli mekanik parça içermemesi sebebiyle sızdırmazlık elemanı kullanılması gerekmez.
- Hareketli mekanik parça içermemesi sebebiyle minimum aşınma ve erozyon oluşur.
- İlk yatırım ve bakım maliyetleri düşüktür.
Vortex Tüpü Dezavantajları
- Düşük termal verimlilik (Düşük COP).
- Sıkıştırılmış gazın sesi ve kullanılabilirliği uygulamayı sınırlandırır.
- Sıkıştırılmış havanın sadece küçük bir fraksiyonu soğuk hava olarak mevcuttur.
- Sıkıştırılmış hava gerektiren ve dolayısıyla bir hava kompresörüne ihtiyaç duyduğu için kullanım sınırlıdır.
Kaynak
- https://digital.library.adelaide.edu.au/dspace/bitstream/2440/82139/8/02whole.pdf
- http://iosrjournals.org/iosr-jmce/papers/RDME-Volume1/RDME-7.pdf
- https://www.mmo.org.tr/sites/default/files/86c450b76fb8c37_ek.pdf
