Metal köpük iç ısı değiştiricili R404A soğutma çevriminin ısıl modellenmesi ve deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Soğutma, gıdaların üretimi ve güvenli şekilde saklanması, ilaçların korunması ve taşınması, sağlık sektörü, iklimlendirme ile ısıl konfor sağlanması, elektronik ve bilgisayar sistemleri ile üretim süreçleri gibi birçok alanda kritik bir rol oynamaktadır. Soğutma sistemlerindeki verim artışı, bu sistemlerin yaygın kullanım alanı ve sayısı göz önüne alındığında, toplam enerji tüketimi üzerinde önemli bir etki yaratmaktadır. Bu bağlamda, soğutma etkenliğinin artırılması, enerji tüketiminin ve dolayısıyla sera gazı emisyonlarının azalmasını sağlayarak çevre üzerinde olumlu ve sürdürülebilir etkiler oluşturma potansiyeline sahiptir. Bu tez çalışmasında, soğutma sistemlerinin performansını artırmak için ısıl modelleme ve deneysel yöntemler kullanılmıştır. Isıl modelleme ile soğutma sistemi elemanları ayrı ayrı analiz edilmiştir. Soğutma kompresörleri için bir model geliştirilmiş ve buhar tarafında metal köpük bulunan iç ısı değiştiricinin, buhar tarafındaki ısı geçişi ve basınç düşüşü teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. Soğutma tesisatının etkinliğinin artırılması amacıyla, soğutma gazı kütlesel debisi, soğutma elemanları kapasiteleri ve iç ısı değiştirici tasarım değişkenlerinin en uygun değerlerinin belirlenmesinde kullanılabilecek bir ısıl model ve yazılım geliştirilmiştir. Tez çalışması kapsamında, 1- Isıl model yazılımı geliştirilmiş ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. 2- Buhar tarafında metal köpük bulunan iç ısı değiştiricisinin buhar tarafındaki ısı geçişi için aşağıdaki Nu bağıntısı yapay sinir ağları yardımıyla deneysel olarak elde edilmiştir. 3- Ürün bazlı olan EN12900 standardına alternatif olacak ve standart ile uyumlu yağlama ve sürtünme etkilerini dikkate alan kompresör modeli geliştirilmiştir. Bu model deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Sonuçlar deneysel olarak doğrulanmıştır. 4- Buhar tarafında metal köpük bulunan iç ısı değiştiricisinin basınç düşüşü incelenmiştir. Basınç düşüşü bağıntısı yapay sinir ağları yardımıyla deneysel olarak elde edilmiştir. Sonuç olarak, buhar tarafında, metal köpük bulunan iç ısı değiştiricisi ile buhar tarafı ısı taşınım katsayısının ve bu yolla ısı değiştirici etkenliğin arttığı görülmüştür. Bu durumda aşırı soğutma miktarı artarak soğutma kapasitesi artmıştır. Aşırı kızdırma ve basınç artışı ile kompresör verim düşüşüne karşın daha düşük soğutucu akışkan debi değerlerinde istenen soğutma etkinliğine ulaşılabildiği görülmüştür. Aşırı soğutmalı ve aşırı soğutmasız durumlarda soğutma kapasitesinin değişimi incelendiğinde metal köpük katkısı ile soğutma kapasitesinin arttığı gözlemlenmiştir. İç ısı değiştirici buhar tarafına metal köpük katkısı ile soğutma kapasitesinin, ısıl modelleme ile ve deneysel olarak yaklaşık %8 oranında arttığı görülmüştür.