Değişken kapasiteli buzdolabı kompresörü için emme ve egzoz valf yaprağının COP ve SGD açısından optimizasyonu
Optimization of suction and exhaust reed valve in COP and SPL for reciprocating inverter compressor
Yazar: KEREM KARAHAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERTAÇ ÇADIRCI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
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.

Abstract:
In this thesis, p-V experimental studies for hermetic refrigerant compressors used in refrigerators and computer-aided simulations were performed to confirm these studies; In this study, various design modifications on the compressor valve leaves used and the effects on performance data were investigated.
The primary objective of the thesis is to determine the change in performance data. In this study, the thinning of the suction valve leaf thickness and the lift of the exhaust limiter and the change of the back leaks in the suction phase, the changes in the sound level power and losses in the exhaust phase were investigated. In addition to experimental studies, 1D simulations were performed for the same designs and the results were confirmed. The computers that will be used to make these verifications are prepared to run the software and they are made to carry out the analyzes in the most efficient way. 
In this context, the installation of the compilers that will reprogram the driver installation software has been modified. these modifications include providing situations where programs with incompatibility problems in the initial phase can run in compatibility mode. This stage also includes the installation of the old version operating system and drivers.
Within the scope of developing the simulation program which is the secondary aim of the thesis and making it more suitable for obtaining more accurate results; In the open source code of the simulation program used, mechanical and thermal algorithms are examined. Numerical methods with solution schemes are examined with these investigations. After examining the compatibility of these mathematical expressions with the real problem, the appropriateness of more suitable models and algorithms were investigated. 
The effects of the changes that are deemed appropriate according to the researches on the sensitivity of simulation results and compatibility problems were investigated. In addition, the openness to improvement of the simulation program to be used was also investigated by software. These researches were related to the researching in which programming language and methodology the software was created at the beginning.
The compiler of the program to be run has been carefully selected according to the programming language in which the software will be rewritten, and the compiler to be used in the first stage of this critical selection is installed on a suitable computer. After the installation, the open source code of the program was examined and the algorithm and solution schemes were informed. With the obtained information, additional studies have been conducted on the existence of similar studies in the literature.
The parts of the open source code that will be used during the programming phase are decided by comparing the results of the initial simulations and experimental studies. The differences between the results of the former simulation program and the results of the previous experimental studies, which are above the acceptable level, are determined as the parts to be examined in detail.
The simulation program has been modified by using appropriate coding language to improve its compatibility level. These code sheets were written and compiled via pascal language. It is required that same language is used to compile and modify the body of program. Suitable environmental compiler also need to be used to enhance capability of the executable output.
Executable output has been gained after the modification and recompilation of the all code sheets. It is important to be noted down, the code sheets are required to be modified individually but need to be compiled together. There were fifteen sheets of all codes and these are about mechanics of the all system, such as valve dynamic, thermal model, electromechanic model.
On the other hand, interface of the program need to be renewed for better use of workbench. There were many defects on the program interface especially for recent version of Office library. The modification of the interface need to be use of Visual Basic for Application structure. It is necessary to modify all macros on the inerface sheets of the Excel file and improve its capability. 
The results of the simulation and experimental studies were compared with the help of pressure vs volume graph, wherein the pressure characteristics of the cylinders and plenums in the exhaust and suction stages are of great importance. By observing and comparing the behavior of these parts, the simulation parts to be intervened were determined together with the intervention method. The thermal model and valve dynamics of these parts are mainly studied.
Experimental preparations and experimental design dimensions were prepared in the first step. By means of detailed geometric measurements taken during these preparations, possible errors can be prevented. The experiments were three different control experiments, which means that two comparisons can be made. The first of these comparisons was made in order to observe the effects of limiter height and the second absorption reed valve leaf thickness. 
The data to which these comparisons will be made consist of performance data from the calorimeter and pressure vs volume data obtained with the aid of the signal collection device. In terms of measurement methods, the use of conditioned calorimeter room where two separate measurements were performed simultaneously was preferred in order to shorten the process of the experiments.
In addition to comparing the experimental results, the results were compared with the simulation results. These comparisons contain valuable information for both the ability to perform scatter analysis of the experimental results and the degree of sensitivity of the results obtained by the simulation program. As a result of these comparisons, the characteristics of performance data and pressure volume graph were obtained. Experimental studies that can be compared when combined with simulations constitute a study supported by simulation studies.