Soğutma sisteminin dinamik modellenmesi ve şarj dağılımının deneysel incelenmesi
Dynamic modeling of refrigeration cycle and experimental investigation of charge distribution
Yazar: BEKİR ÖZYURT
Danışman: PROF. DR. A. NİLÜFER EĞRİCAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Buharlaştırıcılar = Evaporators ; Buzdolabı = Refrigerator ; Makine mühendisliği = Mechanical engineering ; Modelleme = Modelling ; Solenoid = Solenoid ; Soğutma = Cooling ; Soğutucu akışkanlar = Refrigerants ; Soğutucu gazlar = Cooling gases ; Yoğuşma = Condensation ; İki fazlı akış = Two phase flow

Özet:
Bu çalışmada R600a ile yapılan deneylerle sistem çalışma şartlarını daha iyi anlaşılmasını sağlamak amacıyla sistem elemanlarındaki şarj dağılımı ve çeşitli parametrik değişimlerin bu dağılıma etkileri incelenmiştir. Bu amaçla iki farklı deney düzeneği kurulmuştur; ilk deney düzeneği yük hücreleri ile ısı değiştiricilerin sürekli tartılması prensibine dayanmaktadır. İkinci düzenek ise soğuma sistemi elemanlarında şarjın çevrimin belli bir anında vanalar yardımıyla birbirinden ayrılarak büyük bir tanka genişletilmesi ile aşırı kızmış şartlara geçmesi ve sıcaklık, basınç değerleri yardımıyla yoğunluğunun hesap edilmesi prensibine dayanmaktadır. Bu deney düzenekleri ile sürekli çalışma ve çevrimsel çalışma durumlarındaki şarj dağılımları yanı sıra toplam şarj miktarı, değişken kapasiteli kompresör kullanımı ve çevrim süresi değişimlerinin soğutma sistemi elemanlarında biriken şarj miktarı tespit edilmiştir. Farklı toplam şarj miktarı ile yapılan deneysel çalışmalar eleman bazında incelendiğinde en önemli değişimin buharlaştırıcı şarj miktarlarında olduğu görülmektedir. Bu sonuçlardan sistemin çalışması için yeterli belli bir şarj değerinin üstünden yapılan değişikliklerin direk olarak buharlaştırıcı doluluk oranı üstünde etkili olduğu diğer elemanların belirli bir denge içinde çalışmaya devam ettikleri görülmektedir. Isı değiştirici hesaplamalarından seçilen boşluk oranı korelasyonu kararlı halde soğutma sistemi performansını hesaplandığı bir soğutma sistemi modelinde sistem elemanlarındaki şarj miktarının hesaplanması için kullanılmıştır. Deney sisteminden telli borulu ısı değiştiricili bir derin dondurucu için ölçülen değerler kararlı hal modeli sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma vana deney düzeneği için olan ölçümlerin model sonuçları ile uyumlu olduğu, yük hücresi deney düzeneği ile buharlaştırıcıda şarj miktarını daha yüksek ölçüldüğü görülmektedir.

Abstract:
In this study, for better understanding of system working conditions, the charge distribution at the system components and effects of different parameters to this distribution is investigated with R600a refrigerant. Two experimental setups are prepared for this purpose; first one is extended version of balance system in literature with replacing balance with load cells that have a higher precision. Second setup is based on principle of expanding the refrigerant, closed in components by quick closing valves at a specified moment of the cycle. The refrigerant distribution is measured under steady state and cyclic working conditions, and effect of parameters like total charge value, use of variable capacity compressor and different cycle times with these setups. The most important parameter for two-phase charge calculations is void fraction value and assumptions for void fraction correlation. The distributed charge amount is calculated for experimental working conditions and literature void fraction correlations. The void fraction correlation chosen from heat exchanger calculations is used for charge predictions in a steay state model that calculates the system performance values. The model result gives good agreement with the valve experiment setup; the evaporator charge is seemed to over measured by load cell setup.A dynamic thermal model is prepared for investigating cyclic working conditions and charge distribution. The model has a solution based on flow regimes for heat exchangers and empiric correlations for compressor and capillary tube. The solution set gives enough precision and speed compared to fully distributed heat exchanger and theoretical compressor and capillary tube solutions.