Experimental investigation of effects of nanoparticles with R1234yf on a vapor compression refrigeration system
R1234yf ile bazı nanoparçacıkların buhar sıkıştırmalı bir soğutma sistemine etkilerinin deneysel incelenmesi
Yazar: KAYHAN DAĞIDIR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KEMAL BİLEN
Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tezde, buhar sıkıştırmalı bir soğutma sisteminde R134a yerine, R1234yf akışkanının çeşitli nanoparçacıklarla kullanılması deneysel olarak incelenmiştir. İlk olarak, R134a yerine saf R1234yf'nin kullanımı, buhar sıkıştırmalı bir soğutma sisteminde herhangi bir değişiklik yapılmadan enerji ve ekserji yaklaşımlarıyla deneysel olarak incelenmiştir. Gerçekleştirilen saf soğutucu akışkan deneyleri neticesinde, R134a yerine R1234yf kullanılan sistemde kompresör güç girişinin yaklaşık %9 arttığı, soğutma kapasitesinin yaklaşık %8 azaldığı ve COP değerinin ise yaklaşık %17 azaldığı tespit edilmiştir. Benzer şekilde, R134a yerine R1234yf kullanılan sistemde, sistemin toplam ekserji kaybında yaklaşık %16 artış ve ikinci yasa veriminde yaklaşık %8 azalış belirlenmiştir. Saf soğutucu akışkan deneylerinin ardından, kompresör yağı aracılığıyla R1234yf kullanılan sisteme söz konusu performans düşüşlerini telafi etmek için Al2O3, grafen veya CNTs nanoparçacıkları çeşitli kütlesel oranlarda eklenmiştir. Böylece, sistem performansındaki en iyi gelişme, kompresör yağına kütlece %0,250 oranında grafen ilavesi ile elde edilmiştir. Sonuç olarak, R1234yf+%0,250 grafen içeren sistemde soğutma kapasitesinin saf R1234yf ve R134a kullanımına göre sırasıyla %24,41 ve %14,29'a kadar arttığı görülmüştür. Aynı zamanda, R1234yf+%0,250 grafen kullanımı ile COP değerinin de saf R1234yf ve R134a kullanımına göre sırasıyla %32 ve %13'e kadar arttığı tespit edilmiştir. Aynı zamanda, R1234yf+%0.250 grafen kullanımı ile sistemin ikinci kanun verimi de küçük bir miktar artmıştır. Sonuçta, buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerinde R134a yerine R1234yf kullanımından kaynaklanan performans düşüşlerinin, herhangi bir modifikasyon yapılmaksızın nanoparçacık eklenmesiyle telafi edilebileceği görülmüştür.

Abstract:
In this thesis, R1234yf was experimentally investigated with various nanoparticles instead of R134a as a working fluid in a vapor compression refrigeration system. Firstly, the usage of pure R1234yf instead of R134a was experimentally investigated with energy and exergy approaches without any modification in a vapor compression refrigeration system. As a result of pure refrigerant experiments, it was determined that the compressor power input increased by around 9%, cooling capacity decreased by around 8% and COP decreased by around 17% in the system using R1234yf compared to the system using R134a. On the other hand, it was determined that the second law efficiency of the system decreased by around 8% in the system using R1234yf compared to the system using R134a. Then, various mass fractions of Al2O3, graphene or CNTs nanoparticles were added to compensate for performance drops to the system using R1234yf by means of the compressor oil. Thus, the best enhancement in system performance parameters was obtained with the addition of graphene at mass fraction of 0.250% to compressor oil. Consequently, it was observed that cooling capacity of the system involving R1234yf+0.250%graphene was improved up to 24.41 and 14.29% compared to the system using pure R1234yf and R134a, respectively. Additionally, the COP value of the system including R1234yf+0.250%graphene was enhanced up to 32 and 13% compared to the system using pure R1234yf and R134a, respectively. Furthermore, the second law efficiency of the system slightly increased with the usage of R1234yf+0.250%graphene nanorefrigerant. In conclusion, it was emphasized that performance drops due to the usage of R1234yf instead of R134a could be overcompensated with the addition of nanoparticles without any modification to the system.