Difüzyonlu absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde termal kompresördeki ısı değiştiricisinin sayısal analizi
Numerical analysis of heat exchanger at thermal compressor in diffusion absorbtion refrigeration systems
Yazar: ÖNDER ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. TAYFUN MENLİK ; YRD. DOÇ. DR. ENGİN ÖZBAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Türkiye enerji temininde büyük oranda dışa bağımlı bir ülkedir. Yenilenebilir enerji teknolojilerine yatırımlar artmış olsa da enerji üretimi konusunda kendi kendine yeten bir ülke olma konumundan uzaktır. Enerjinin temini yanında kullanımının da verimli bir şekilde olması, ülke ekonomisi açısından büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmada, yenilenebilir enerji kaynaklarıyla da çalışmaya imkân tanıyan bir DAS sisteminin, termal kompresör bölgesinde yer alan ısı değiştiricisinin tasarımı yapılarak, sistem performansının arttırılmasına yönelik araştırmalar yapılmıştır. Analiz için altısı kanatçıklı (6-8-10-12-14-16) ve biri ise ticari olarak kullanılan kanatçıksız (düz borulu) ısı değiştiricisi modellenmiştir. Tasarlanan ısı değiştiricisinde kanatçıklar düz tasarlanmış olup, ısıtıcı akışkanın temas ettiği parça yüzeyine yerleştirilmiştir. Sistemde soğutucu-soğurucu akışkan ikilisi olarak NH3-H2O (%25-%75) kullanılmıştır. Modellenen ısı değiştiriciler bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) programı olan Fluent yazılımıyla sayısal olarak çözdürülmüş ve sistem Soğutma Tesir Katsayısı (STK) hesaplamasında kullanılan kaynatıcı sıcaklıkları belirlenmiştir. Kanatçıklı ve kanatçıksız ısı değiştiricilerin ısıl performansları karşılaştırılmıştır. Kanatçıksız ısı değiştiricisinde kaynatıcı sıcaklığı ortalama 150,09 °C olarak belirlenmiştir. 16 kanatçıklı ısı değiştiricisinde ise kaynatıcı sıcaklığı 161,63 °C olmuştur. Yapılan çalışmalar sonucu kaynatıcı sıcaklığında % 7,7'lik bir atış sağlanmıştır. Belirlenen kaynatıcı sıcaklıklarına bağlı olarak hesaplanan STK değerleri kanatçıksız model için % 17,10 olarak bulunmuştur. Kanatçıklı modeller içinde en yüksek STK değerine 8 kanatçıklı modelde ulaşılarak % 17,81 seviyesinde olmuştur. Yapılan sayısal analizler ile sistem performansının % 4,2 arttığı belirlenmiştir. Yeterli ve kesintisiz olarak temin edilebilecek yenilenebilir enerji kaynaklarıyla sistemin kesintisiz bir şekilde çalışabileceği teorik olarak analiz edilmiştir.

Abstract:
Turkey is a country that is largely outsider dependent on energy supply. Although investments in renewable energy technologies have increased, they are far from being self-sufficient in energy production. The fact that the supply of energy as well as the use of energy is efficient is of great importance in terms of the country's economy. In this study, a DAR system, which allows to work with renewable energy sources, has been designed to improve the system performance by designing the heat exchanger in the thermal compressor zone. For analysis, six winged (6-8-10-12-14-16) and one commercially available wingless (flat pipe) heat exchanger were modeled. In the designed heat exchanger, the wings are designed flat and placed on the surface of the part where the heating fluid contacts. NH3-H2O (25%-75%) was used as the refrigerant-absorbing fluid in the system. The modeled heat exchangers were numerically solved using the Fluent software, which is a Computational Fluid Dynamics (CFD) program, and the boiler temperatures used in calculating the system Cooling Efficiency Coefficient (COP) were determined. The thermal performances of poultry and wingless heat exchangers have been compared. In the wingless heat exchanger, the boiler temperature was determined as 150.09 °C. In the 16-blade heat exchanger, the boiler temperature was 161.63 °C. At the end of the work done, 7.7% increase was achieved at the boiler temperature. COP values calculated based on the specified boiler temperatures were found to be 17.10% for the wingless model. Within the winged models, the highest COP value was reached in the 8-wing model, at 17.81% level. It was determined that system performance increased by 4.2% with numerical analysis. It has been theoretically analyzed that the system can operate continuously with renewable energy sources which can be provided with sufficient and uninterrupted supply.