Akustik soğutma sisteminin tasarımı ve deneysel incelenmesi
Design and experimental investigation of acoustic refrigeration system
Yazar: ÖZLEM KUZEY
Danışman: PROF. DR. HALİL İBRAHİM ACAR
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Ses dalgaları, basınç ve hız bileşenlerini içeren küçük salınımlar olarak düşünülebilir. Salınım terimi ortalama bir değer etrafında sinüssel olarak dalgalanmaları ifade etmektedir. İnsan kulağını oldukça rahatsız eden bir ses dalgası bile küçük bir salınımdır. Akustik dalgalarda basınç ve hareket salınımlarının yanında, basınç salınımlarından kaynaklanan sıcaklık salınımları da meydana gelmektedir. Bu etkiler salınım yapan bir gazın içerisindeki katı bir yüzeyde akustik etkileşimleri meydana getirir. Bu etkileşimlerden faydalanılarak oluşturulan soğutma sistemleri ile soğutma gerçekleşmektedir.
Bu çalışmada öncelikle temel akustik denklemleri sunulmuş, ardından literatürde mevcut bir dizayn sistematiği kullanılarak basit bir akustik soğutma sistemi tasarımı yapılmıştır. Kurulan deney düzeneğinde  akustik kaynak olarak elektrik gücünü akustik güce dönüştürebilen hoparlör kullanılmıştır ve sistem için uygun bir frekans değeri belirlenmiştir. Belirlenen frekans ile yapılan hesaplamalar neticesinde rezonans tüpünün uzunluğu ideal dalga boyunun  dörtte biri olacak şekilde ayarlanmıştır. Rezonans tüpünün bir ucu hoparlöre sabitlenerek ses izolasyonu sağlamak amacıyla hoparlör ahşap bir kutu içerisine alınmıştır.  Diğer ucu ise yığın yerleştirmesi yapıldıktan sonra plastik bir tıpa ile tamamen kapatılmıştır.
Rezonans tüpü içerisine sırasıyla mylar, pamuk ve cam yünü olmak üzere ısı iletkenlik katsayıları birbirinden farklı üç çeşit yığın yerleştirilmiş, yerleştirilen yığının alt ve üst olmak üzere iki farklı noktasına sıcaklık ölçerler sabitlenmiş ve sabitlenen sıcaklık ölçerler ile yığın uçları arasındaki sıcaklık farkları ölçülmüştür.
Aynı zaman dilimi içerisinde yapılan ölçümlerde yığınların her iki ucu arasında; ısı iletim katsayısı 0.16 W/mk olan mylar malzemeli yığın ile 5.2°C, ısı iletim katsayısı 0.07 W/mk olan pamuk malzemeli yığın ile 4.7°C, ısı iletim katsayısı 0.04 W/mk olan cam yünü malzemeli yığın ile 4.3°C sıcaklık farkları ölçülmüştür. Bulunan sıcaklık farkları eksenel yöndeki ısı iletim etkileri göz gönüne alınarak ve alınmadan teoriyle karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda; ısı iletim katsayısı yüksek olan malzemelerde ısı iletim katsayısı düşük olan malzemelere göre daha iyi soğutma gerçekleştiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Sound waves can be thought of as small oscillations containing pressure and velocity components. The term oscillation refers to sinusodial fluctuations around an average value. Even a sound wave that disturbs the human ear is a small oscillation. In acoustic waves, besides pressure and motion oscillations, temperature oscillations arising from pressure oscillations also occur. These effects create acoustic interactions on a solid surface inside an oscillating gas. Refrigeration takes place with the refrigeration systems created by making use of these interactions.
In this study, firstly, acoustic equations are presented, then a simple acoustic refrigeration system was designed using an existing design systematic in the literature. In the experiment set up, a loudspeaker that can convert electrical power to acoustic power is used as an acoustic source and a suitable frequency value has been determined for the system. As a result of the calculations made with the specified frequency, the length of the resonator tube was adjusted to be one-fourth of the ideal wavelength. One end of the resonator tube is fixed to the speaker and the speaker is enclosed in a wooden box to provide sound insulation. The other end is completely closed with a plastic stopper after the stack placed.
Tree types of stack materials with different thermal conductivity coefficients,namely mylar, cotton and glass wool, were placed in the resonator tube, respectively, temperature meters were fixed at twu different points of the placed stack, and the temperature differences between the fixed temperature meters and the stack ends were measured.
In the measurements made in the same time period, between the two ends of the stacks; the heat conduction coefficient of which is 0.16 W/mk is 5.2°C with the stack with mylar material, the heat conduction coefficient is 0.07 W/mk with the stack of cotton material is 4.7°C, the heat conduction coefficient is 0.04 W/mk temperature differences of 4.3°C were measured with the glass wool material stack. The temperature differences found were compared with the theory, with and without considering the heat transfer effects in the axial direction. As a result of the comparison; it is concluded that the materials with high heat conduction coefficient have better refrigeration than the materials with low heat conduction coefficient.