Rejeneratif amortisör destekli termoelektrik jeneratör ile egzoz gazlarından elektrik üretimi
Electricity production from exhaust gases by thermoelectric generator with assist of regenerative amortisor
Yazar: ALI AMINI
Danışman: PROF. DR. KENAN YAKUT ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR EKİCİ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmanın ilk kısmında, termoelektrik jeneratör kullanılarak araç egzoz gazı üzerinde enerji geri kazanımı yapılmıştır. Bu çalışmada, ısı değiştiricinin yapısına odaklanarak termoelektrik parçalar boyunca homojen bir sıcaklık dağılımının sağlanması amaçlanmıştır. Önerilen tasarım, sıcaklık dağılımının homojen ve istenen sıcaklık farkı seviyesinde tutulmasında anahtar bir rol oynayan sıvı bölge katmanı uygulamasını kapsamaktadır. Bu bölgede, sıvı sodyum, su ve nanoakışkan (Al2O3-su) maddeleri kullanılmıştır. Sıvı tabakanın dolaşımını ve sistemdeki ısıl davranışı analiz etmek için 3 boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği modeli geliştirilmiştir. Sonuçlara göre, bu uygulama ile termoelektrik parçaların soğuk tarafı ve özellikle sıcak tarafında, sıcaklık sapmasında önemli bir düşüş görülmüştür. Önerilen tasarımda, sıvı sodyum kullanıldığında ısı transfer ve elektrik üretiminin oranlarının %19,95 ve % 11,71 arttığı görülmüştür. Bu değerler sırasıyla, su kullanıldığında %11,27 ve %6,96, nanoakışkan kullanıldığında, %8,46 ve %5,39 olarakhesaplanmıştır. 
Bu çalışmanın ikinci kısmı, rejeneratif açısal amortisör kullanılarak araç süspansiyonundan enerji geri kazanmaya odaklanmaktadır. Prototip cihazın tasarlanması, üretimi ve test edilmesi, araştırmacılar için kullanışlı bir kılavuz sağlamaktadır. Prototip damper özellikle düşük frekanslı uygulamalar için tasarlanmıştır. Prototip üzerinde uyarma titreşim hareketi sabit genlikte (25 mm) ve değişken düşük frekanslarda (0,16, 0,32 ve 0,48 Hz) olmuştur. Ek olarak, farklı dirençler elektrik jeneratörü için harici yük olarak test edilmiştir (0,66 – 10,4 Ω). Maksimum güç 35 W ve elde edilen maksimum performans %34,36 olarak bulunmuştur. Hesaplanan sönümleme katsayısı 4800 Ns/m ve 16000 Ns/m arasındadır. Bu değerler, yolcu ve ticari araçlar için uygundur.

Abstract:
First part of this study focuses on energy harvesting from vehicle exhaust gas by employing a thermoelectric generator. In this study, it is aimed to attain a homogeneous temperature distribution along a number of thermoelectric pieces by focusing on the structure of heat exchanger. The proposed design includes an intermediate layer of liquid that plays a key role in keeping the temperature distribution homogeneous and at the desired temperature difference level. Liquid sodium, water and nanofluid (Al2O3-water) are used as intermediate layer fluid. A 3-D computational fluid dynamics model was developed for analyzing the circulation of liquid layer and the thermal behavior in the system. Results show decreasing in temperature deviation both on cold and hot sides of TE modules, while decreasing level is more on the latter. It is illustrated that the heat transfer rate is increased by 19.95% and the electric power generation is enhanced by 11.71% by using liquid sodyum in proposed heat exchanger design. These enhanced values are reached to %11.27 and %6.96 by using water and also %8.46 ve %5.39 by using nanofluid in intermediate layer.
Second part of this study focuses on energy harvesting from vehicle suspension by employing a regenerative rotational shock absorber. Designing, manufacturing and testing of a prototype device is done step by step to provide a useful manual for researchers. The prototype damper was especially designed for low frequency applications. Excitation vibration motion on prototype was in constant amplitude (25 mm) and at variable low frequencies (0.16, 0.32 and 0.48 Hz). Additionally, different resistances were tested as an external load for electric generator (0.66 - 10.4 Ω). The maximum power was found to be 35 W and the maximum performance achieved was 34.36%. The range of calculated damping coefficient is in between 4800 Ns/m and 16000 Ns/m that is convenient for passenger and commercial vehicles.