FBE- Makine Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/9782

Gözat

Yazar "503161102" ile FBE- Makine Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans'a göz atma
  • Öge
    Değişken kapasiteli kompresörde egzoz portu ve valf yaprağının termodinamik verim ve ses gücü düzeyine etkilerinin sayısal ve deneysel incelenmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019-06-14) Karabay, Ahmet Yasin ; Çadırcı, Sertaç ; 503161102 ; Makine Mühendisliği ; Mechanical Engineering
    Bu çalışmada, değişken kapasiteli hermetik pistonlu kompresörün termodinamik veriminin ve ses gücü düzeyinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç çerçevesinde egzoz portu ve egzoz valf yaprağı üzerindeki akış, sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Çalışmalar kapsamında silindir ölü hacminin azaltılmasına ve bu sayede termodinamik verimin iyileştirilmesi amacıyla mevcut ve yeni tasarımlar üzerinde çalışılmıştır. Mevcut tasarımda bulunan egzoz portu içerisindeki ölü hacmi azaltmak için kullanılan piston piminin farklı piston konumlarında akışa etkileri incelenmiş ve piston pimi yerine yeni bir tasarım önerilmiştir. Piston piminin akış alanını azaltarak akış üzerinde yarattığı negatif etkilerin gösterilmesi ve yeni tasarımla birlikte piston piminin kullanılmaması amaçlanmıştır. Kullanılan geometriyi HAD (hesaplamalı akışkanlar dinamiği) analizlerine uygun hale getirmek için gerekli temizlemeler ve basitleştirmeler yapılmıştır. Daha sonra HAD analizlerine uygun sayısal çözüm ağları oluşturulmuştur. Çözüm ağı sayısının yeterli olduğunun anlaşılması için, çözüm ağından bağımsızlık analizleri gerçekleştirilmiştir. Farklı sayılarda çözüm ağları için sonuçlar karşılaştırılmış ve sonuçlardaki değişimin yeterince az olduğu bir noktadaki çözüm ağının kullanımına karar verilmiştir. Sayısal çözüm için bu çözüm ağı kullanılarak sürekli halde HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen zamandan bağımsız analizler için kompresör yaprak açıklığı, piston yüksekliği ve piston pimi birer parametre olarak alınmıştır. Yaprak açıklığı ve piston yüksekliği için farklı 3'er değer sabit kabul edilerek, piston pimli ve piston pimsiz durumlarda parametrik olarak toplam 18 analiz yapılmıştır. Yapılan analizler sonucunda piston pimi kullanımının farklı parametreler altındaki etkileri gösterilmiştir. Kompresör performansının anlaşılması için önemli bir test sistemi olan indikatör diyagramı deneyleri gerçekleştirilmiştir. Gerçek kompresör modeli üzerine yerleştirilen basınç algılayıcıları ve optik kodlayıcı sayesinde silindir içerisindeki hacim-basınç diyagramları elde edilmiştir. Deney sonuçlarından elde edilen basınç değerleri, valf açılma zamanı ve valf kapanma zamanı gibi bilgiler sayısal analizlerde sınır şartları olarak kullanılmıştır. Elde edilen deneysel sonuçlar Arçelik AŞ'ye ait 1B (1 boyutlu) nümerik hesaplama yapan bir modelleme programında yapılan güncelleme çalışmaları sonrasında alınan sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Şirket içerisinde kullanılan 1B kompresör modelleme programına HAD analizleri sonuçları doğrultusunda girdi olarak verilen bazı değerlerin, krank açısına göre değişimi göz ardı edilmektedir. Kullanılan modelleme programında krank açısı bir noktada sabit tutularak, farklı valf yaprağı açıklıklarına göre HAD analizleri sonuçları kullanılarak yaprak açıklığına bağlı farklı akış katsayıları hesaplanmaktadır. Hesaplanan bu katsayı 1B kompresör modelleme programında kullanılmaktadır. Ancak bu durumda kompresör modelleme programının hesapladığı datalar özellikle egzoz hattındaki deneysel pV verileri ile karşılaştırıldığında aralarında kabul edilemeyecek seviyede farklar görülmektedir. Bu durumun iyileştirilmesi amacıyla, akış katsayıları hesaplanırken HAD analizlerinde sabit kabul edilen krank açısı bir parametre olarak tanımlanmış ve farklı krank açıları için analizler gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen analizler sonucunda akış katsayısının krank açısına da bağlı olduğu gösterilmiştir. Krank açısı ve valf yaprağı açıklığına bağlı olarak akış katsayısının değişimi hesaplanmıştır. Hesaplanan yeni akış katsayıları krank açısına bağlı şekilde 1B simülasyon programında kullanıldığında egzoz hattı pV sonuçlarında ciddi oranda iyileşmeler görülmüştür. Yapılan sayısal çalışmalar mevcut tasarımda ölü hacmi azaltmak için kullanılan piston piminin valf portunda akışı zorlaştırarak debiyi düşürdüğünü göstermiştir. Bu durumu anlayabilmek adına aynı geometri üzerinde pimli ve pimsiz modeller için HAD analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda özellikle pistonun üst ölü noktaya yaklaştığı durumlarda piston piminin akışı ciddi bir şekilde zorlaştırdığı ve debiyi düşürdüğü gösterilmiştir. Akış alanının daralarak debiyi düşürmesi sonucunda, kapasitenin ve SEK'in (soğutma etkinlik katsayısı) azalacağı gösterilmiştir. Bu durumun deneysel olarak da gösterilmesi için piston pimli ve piston pimsiz modeller için ayrı ayrı kalorimetre deneyleri yapılmıştır. Kompresör performans değerlerinin gösterilmesi amacıyla kalorimetre deneyleri gerçekleştirilmiştir. Piston pimli orijinal haldeki kompresör ve piston pimi kaldırılmış kompresör arasında karşılaştırma yapılmıştır. Deneyler gerçekleştirilirken kaldırılan piston pimi ölü hacimde bir miktar artmaya sebep olmuştur. Bu durumun performans üzerindeki etkileri olacağı bilinerek deneyler gerçekleştirilmiştir. Deneyler sonucunda özellikle yüksek kompresör devirlerinde performans değerlerinde artış görülmüştür. Düşük devirlerde ise performans değerlerinde düşüş görülmüştür. Bu durumun sebebi olarak yüksek devirlerde akışa bağlı kayıpların ölü hacim etkilerine göre daha baskın olduğu ve performansın iyileştiği düşünülmüştür. Düşük devirlerde ise akışa bağlı etkiler ölü hacim etkileri yanında daha az baskın gelerek performasta düşüşe sebep olmuştur. Piston pimi kullanımının etkileri sayısal ve deneysel olarak görüldükten sonra, negatif etkilerini gidermek amacıyla yeni bir tasarım üzerine çalışmalar yapılmıştır. Yapılan bu tasarımda piston pimi kullanılmamasına rağmen, piston ölü hacmi aynı kalmak koşulu ile yeni bir valf tablası tasarlanmıştır. Yeni tasarımda valf tablası üzerinde egzoz portu çevresinde lokal bir inceltme işlemi yapılarak ölü hacim piston pimli durum ile aynı seviyelere getirilmiştir. Tasarlanan yeni valf tablası üretilerek kalorimetre deneyleri gelecek çalışmalar kapsamında yapılacaktır.