Değişken kapasiteli buzdolabı kompresörü için emme ve egzoz valf yaprağının COP ve SGD açısından optimizasyonu

Abstract

Bu tezde buzdolaplarında kullanılan hermetik soğutkan kompresörleri için p-V deneysel çalışmaları ve bu çalışmaları doğrulamak amacıyla bilgisayar destekli simülasyonlar yapılmış; bu çalışmalarda kullanılan kompresör valf yaprakları üzerindeki çeşitli tasarım modifikasyonlarıyla performans verileri üzerindeki etkiler incelenmiştir. Tez çalışmasının birincil amacını oluşturan performans verilerindeki değişimin belirlenmesi çalışması kapsamında; kullanılan emme valf yaprağı kalınlığının inceltilmesi ve egzoz tahdit yüksekliğinin kısılması ile emme safhasındaki geri kaçakların değişimi, egzoz safhasındaki ses düzeyi gücü ve kayıpların değişimleri incelenmiştir. Deneysel çalışmaların yanında, aynı tasarımlar için 1B simülasyonlar yapılarak sonuçların doğrulaması yapılmıştır. Bu doğrulamaların yapılması için kullanılacak bilgisayarlar yazılımı çalıştıracak biçimde hazırlanmış ve analizleri en verimli şekilde yürütecek hale getirilmiştir. Bu bağlamda sürücü kurulumu yazılımı yeniden programlayacak derleyicilerin kurulumu gerekli uygulamaların modifikasyonu yapılmıştır. Bu modifikasyonlar, başlangıç aşamasında uyumsuzluk problemleri yaşayan programların uyumluluk kipinde çalışabileceği durumların sağlanmasını ihtiva etmektedir. Bu aşamaya eski sürüm işletim sistemi ve sürücüleri kurulumu da dahildir. Tez çalışmasının ikincil amacını oluşturan simülasyon programının geliştirilmesi ve daha hassas sonuçlar elde etmeye uygun hale getirilmesi kapsamında; kullanılan simülasyon programının açık kaynak kodu içerisinde irdelemeler yapılarak, kullanılan mekanik ve termal algoritmalar incelenmiştir. Bu incelemeler ile çözüm şemaları olan nümerik yöntemler irdelenmiştir. Daha önceden oluşturulmuş olan bu matematiksel ifadelerin gerçek problem ile uyumluluğunun incelenmesi sonrasında geliştirilebilir olması açısından daha uygun modellerin ve algoritmaların uygunluğu araştırılmıştır. Araştırmalar doğrultusunda yapılması uygun görülen değişikliklerin, simülasyon sonuçları hassasiyeti ve uyumluluk problemleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bununla birlikte kullanılacak olan simülasyon programının iyileştirmeye açık yönleri de araştırılmıştır. Bu araştırmalar başlangıç aşamasında yazılımın hangi programlama dili ve yöntemiyle oluşturulduğunun araştırılması ile ilgili olmuştur. Çalıştırılacak programın derleyicisi, yazılımın yeniden yazılacağı dile göre dikkatlice seçilmiştir ve ilk aşamada yapılan bu kritik seçim doğrultusunda kullanılacak derleyici uygun bir bilgisayara kurulmuştur. Kurulumun ardından programın açık kaynak kodu incelemeye tabi tutulup algoritma ile çözüm şemaları hakkında bilgi sahibi olunmuştur. Elde edilen bilgiler ile literatürde benzer çalışmaların varlığı konusunda ayrıca araştırmalar yapılmıştır. Programlama aşamasında kullanılacak açık kaynak kodunun müdahale edilecek kısımları, yapılan ilk simülasyonlar ve deneysel çalışmaların sonuçları kıyaslanarak kararlaştırılmıştır. Müdahale edilmemiş simülasyon programının verdiği sonuçlar ile önceki deneysel çalışmaların sonuçları arasında, kabul edilebilir düzeyin üzerinde farklar çıkan durumlar detaylı olarak irdelenecek kısımlar olarak belirlenmiştir. Simülasyon ve deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçların kıyaslamaları basınç hacim grafiği yardımı ile yapılmıştır. Burada egzoz ve emme aşamalarındaki silindir ve plenumların basınç karakteristikleri büyük önem arz etmektedir. Bu kısımların davranışları gözlenerek ve kıyaslanarak müdahale edilecek simülasyon kısımları, müdahale yöntemi ile birlikte belirlenmiştir. Bu kısımların, termal model ve valf dinamiği ağırlıklı olarak üzerinde çalışılmıştır. Deneysel çalışma aşamasında deney hazırlıkları ve kararlaştırılan tasarım ölçüleri ilk adımda hazırlanmıştır. Bu hazırlıklar aşamasında alınan detaylı geometrik ölçümlerle düzenekte gerçekleşebilecek hataların mümkün mertebe önüne geçilmiştir. Yapılacak deneyler üç ayrı kontrol deneyi niteliğinde olmuştur, bu da iki kıyaslama yapılabileceği anlamına gelmektedir. Bu kıyaslamaların birincisi tahdit yüksekliği ikincisi emme yaprak kalınlığı etkilerinin gözlemlenmesi çerçevesinde yapılmıştır. Bu kıyaslamaların yapılacağı veriler, kalorimetreden alınan performans verileri ve sinyal toplama düzeneği yardımıyla alınan basınç hacim verilerinden oluşmaktadır. Ölçüm yöntemleri bakımından, iki ayrı ölçümün eşzamanlı yapıldığı şartlandırılmış kalorimetre ortamı kullanımı, deneylerin sürecini kısaltmak açısından tercih edilmiştir. Elde edilen deneysel sonuçların kendi aralarında kıyaslanmasının yanında, simülasyon sonuçları ile de kıyaslaması yapılmıştır. Bu kıyaslamalar hem deneysel sonuçların saçıklık analizini yapabilmeyi hem de simülasyon programının elde ettiği sonuçlardaki hassasiyetin mertebesini öğrenmek açısından kıymetli bilgiler ihtiva etmektedir. Bu kıyaslamalar sonucunda performans verilerinin ve basınç hacim grafiğinin karakteristiği elde edilmiştir. Simülasyonlarla beraber toplandığında kıyaslanabilecek deneysel çalışmalar, simülasyon çalışmaları ile desteklenen bir çalışma oluşturmaktadır.