Absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde mikro kanallı absorber ve desorberin sayısal olarak incelenmesi
Numerical simulation of microchannel absorber and desorber in absorption refrigeration systems
Yazar: UTKU TÜRKMEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ İBRAHİM ATILGAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD) ; Soğurmalı soğutma sistemleri = Absorption cooling systems

Özet:
Yenilenebilir enerji kaynaklarını ve enerji dönüşüm sistemlerinde oluşan atık ısıları kullanarak soğutma işlemi gerçekleştirebilen absorbsiyonlu soğutma sistemleri taşıtların kabin içi iklimlendirilmesinden elektronik cihazların soğutulmasına kadar çok sayıda farklı alanda kullanılabilmektedir. Söz konusu sistemlerin alt elemanları olan absorber ve desorberler genellikle boyutları oldukça büyük ısı değiştiriciler olarak düzenlenmektedir. Bu doğrultuda, bahsi geçen absorber ve desorberlerin hem verimlerini artırmak hem de boyutlarını azaltmak üzerine çalışmalar gerçekleştirilmektedir. Bu çalışma kapsamında mikro kanallı ve membran tabanlı absorber ve desorber için farklı kanal yüksekliklerine (0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 3 mm), farklı eriyik giriş hızlarına (0,003-0,072 m/s ve 0,0075-0,0125 m/s), farklı eriyik çeşitlerine (LiBr-Su, LiBr/LiNO3/LiI/LiCl-Su, [EMIM][OAc]-Su, LiCl-Su) ve farklı kanal tiplerine (düz kanal, içerisinde bölgesel tümsekler içeren kanal, kanal boyunca kavisler içeren kanal) göre optimizasyon çalışması gerçekleştirilmiş ve sonuçlar değerlendirilmiştir. Bu doğrultuda, mikro kanallı absorber ve desorberin iki boyutlu ve üç boyutlu modellemesi yapılmıştır. Sonuç olarak farklı eriyik giriş hızları ve kanal yüksekliklerinde optimum çalışma koşulları belirlenmiş ve özellikle [EMIM][OAc]-Su eriyiğinin absorbsiyon oranı ve basınç düşüşü verilerine göre, LiCl-Su eriyiğinin ise desorpsiyon oranı verilerine göre avantajlı olduğu tespit edilmiştir. Bununla birlikte kanal yapısındaki değişikliklerin absorbsiyon ve desorpsiyon oranlarında anlamlı bir artış sağladığı, buna karşın basınç düşüşü konusunda negatif etkisi tüm sonuçlarda görülmüştür. Ayrıca, çalışma kapsamında 0,5 mm kanal yüksekliğinde ve [EMIM][OAc]-Su eriyiği kullanımında absorbsiyonlu soğutma sisteminde 0,864 ile en yüksek soğutma tesir katsayısı değer elde edilmiştir.

Abstract:
Absorption refrigeration systems, which can perform cooling processes using both renewable energy sources and waste heat generated in energy conversion systems, could be used in many different fields, such as air conditioning systems for vehicles or cooling system for electronic devices. Absorbers and desorbers, which are the sub-elements of these systems are generally arranged as heat exchangers with very large sizes. In this direction, studies are being carried out to increase the efficiency and reduce the size of the mentioned absorbers and desorbers. Within the scope of the study, with respect to different channel heights (0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 3 mm), different solution inlet velocities (0,003-0,072 m/s and 0,075-0,0125 m/s), different types of solutions (LiBr-Water, LiBr/LiNO3/LiI/LiCl-Water, [EMIM][OAc]-Water, LiCl-Water) and different channel types (straight channel, channel with localized bumps, channel with curves) an optimization study was studied on micro-channel and membrane-based absorber and desorber, and the results were examined. In this regard, two-dimensional and three-dimensional modeling of the microchannel absorber and desorber was designed. As a result, optimum conditions were determined with respect to different solution inlet velocities and channel heights and it was determined that [EMIM][OAc]-Water solution is advantageous according to the absorption rate and pressure drop data, and LiCl-Water solution is advantageous according to desorption rates. Moreover, the changes in the channel structure provided a significant increase in the absorption and desorption rates; however, they caused a negative effect on the pressure drop. Additionally, within the scope of the study 0,5 mm channel height and [EMIM][OAc]-Water provide highest coefficient of performance of 0,864 in absorption refrigeration system.