İçten yanmalı motorun egzoz atık ısı enerjisinin fdm yardımıyla depolanması ve yeniden kullanımının had analizi
Cfd analysis of storage and re-use by pcm of exhaust waste heat energy in an internal combustion engine
Yazar: DURUKAN ATEŞ
Danışman: DOÇ. DR. HABİB GÜRBÜZ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı değiştiriciler = Heat exchangers ; İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
Bu tez çalışması, içten yanmalı motorlarda (İYM) egzoz gazları ile birlikte atmosfere atılan atık ısı enerjisinin faz dönüşüm malzemeleri (FDM) yardımıyla depolanması ve depolan ısı enerjisinin soğuk havalarda taşıt kabininin ısıtılması ya da soğukta ilk hareket sırasında motora ait soğutma sistemi, emme havasının ısıtılması, yakıtın ısıtılması veya katalitik konvertörün ısıtılması için kullanılmasına yönelik hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizlerini ve deneysel doğrulamasını kapsamaktadır.  Çalışmada, tek silindirli buji ateşlemeli bir motorda gerçekleştirilen deneysel çalışmalar sonucu elde edilen egzoz gaz sıcaklık ve debi değerleri kullanılmıştır. Egzoz atık ısı enerjisinin bir miktarının FDM'de gizli ısı olarak depolanabilmesi için bir motorun egzoz yolu üzerine yerleştirilecek diğeri FDM'nin depolanacağı dış ortamdan yalıtılmış depo içerisine yerleştirilecek üç adet ısı değiştirici (eşanjör) tasarlanmıştır. Tasarlanan sistem, egzoz eşanjörü ile FDM eşanjörü arasında bakır borular ile oluşturulan kapalı hat içerisinde bir pompa yardımıyla suyun dolaştırıldığı bir yapıya sahiptir. Oluşturulan bu kapalı sistem FDM'nin ısı depolama (eritme) hattını oluşturmaktadır. Ayrıca, FDM eşanjörü içerisine yerleştirilen serpantin tipi ikinci bir ısı değiştirici yardımıyla FDM'nin ısı çekme (katılaşma) hattı tasarlanmıştır. Tez çalışmasında, piyasada RT 27 ve RT 37 olarak kodlanan iki farklı parafin grubu FDM kullanılmıştır. Kullanılan her iki parafin gurubu FDM için HAD programı kullanılarak belirlenen ısı depolama (erime) ve ısı yeniden kullanılma (katılaşma) şartlarında sayısal analizler gerçekleştirilmiştir.  
Sonuç olarak, FDM-RT27'nin depoladığı ısı enerjisi miktarının FDM-RT35'e göre nispeten daha yüksek olması nedeniyle, İYM'lu taşıtlarda FDM'lerin kullanıldığı atık ısı geri dönüşüm sistemleri için FDM-RT27'nin kullanımının daha avantajlı olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, storage and utilization for usedful aims (i.e. heating of vehicle cabin, engine cooling system, intake air, fuel and the exhaust catalytic converter in cold weather) as latent heat energy in phase conversion materials (PCM) of waste heat energy thrown into the atmosphere along with exhaust gases in internal combustion engine (ICE) is numerically analyzed by using the computational fluid dynamics (CFD) method. In study, exhaust gas temperature and flow values were used which is obtained as a result of experimental studies performed on a single cylinder spark ignition engine. Two heat exchangers are designed for the storage into the PCM as latent heat energy of some amount exhaust waste heat energy. Here, the first is positioned to the engine exhaust path, and other into the PCM storage is isolated from the external environment. The designed system has a structure in which is circulated of water by means of a pump in a closed line formed by copper pipes between the exhaust heat exchanger and the PCM heat exchanger. This closed system forms the heat storage (melting) line of PCM. In addition, the PCM heat drawing (solidification) line is designed by using a second serpentine type heat exchanger installed in the PCM heat exchanger. In the thesis, two different paraffin group PCM are used which is coded as RT 27 and RT 37 in the market. Numerical analyzes are performed for the heat storage (melting) and heat discharge (solidification) by using the CFD program under conditions determined for both paraffin groups PCM.
As a result, it is found that PCM-RT27 more advantageous due to the has a relatively higher storage capacity than PCM-RT35 for exhaust waste heat recovery systems performed by using PCM in vehicles having ICE.