İçten yanmalı motorun egzoz atık ısı geri kazanımı için termoelektrik jeneratörün HAD analizi
CFD analysis of thermoelectric generator for exhaust waste heat recovery of internal combustion engine
Yazar: AHMET BATURALP ÖKMEN
Danışman: DOÇ. DR. HABİB GÜRBÜZ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Termoelektrik jeneratör = Thermoelectric generator ; İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
Bu çalışmada, içten yanmalı bir motorun egzoz atık ısı enerjisinden faydalanılarak elektrik enerjisi üretiminin gerçekleştirildiği termoelektrik jeneratörde, optimum eşanjör yüzeyi sıcaklık dağılımının elde edilebilmesi için farklı kanatçık sayısı, geometrisi ve düzenlemesine sahip eşanjör iç yapısının hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ile sayısal olarak analiz edilmesi amaçlanmaktadır. Bu amaç doğrultusunda, buji ateşlemeli bir motorun farklı devirlerinde gerçekleştirilen deneysel çalışmalarda elde edilen egzoz gaz debisi ve egzoz gazı sıcaklık değerleri kullanılarak ana boyutları belirlenen egzoz gaz eşanjörü içerisinde farklı kanatçık sayısı, geometrisi ve düzenlemelerinin kullanılacağı akış alanının HAD programında sayısal olarak analizi gerçekleştirilmiştir. 
Çalışmada, üç farklı eşanjör düzenlemesi kullanılmıştır. Bu üç eşanjör düzenlemesinin oluşturulmasında, literatürde akordeon şekli (accordion-shape), balık kılçığı şekli (fishbone-shape) ve seri plaka (serial-plate) olarak tanımlanan ve birçok çalışmada karşılaştırması yapılan kanatçık düzenlemelerinin kullanılması planlanmıştır. Ancak, referans alınan kanatçık düzenlemeleri içerisinde kullanılan kanatçık geometrik şekillerinin (kare, dikdörtgen, üçgen, yamuk prizmalar) bu çalışma kapsamında değiştirilerek yuvarlak hatlara sahip yağmur damlasının geometrik modeline benzetişim yapılmıştır. Ayrıca, referans alınan kanatçık düzenlemelerinden farklı olarak, içten yanmalı motorun egzoz yolu üzerine yerleştirilecek egzoz eşanjörünün her iki yüzeyinin kullanılarak termoelektrik modüller yardımıyla elektrik üretiminin gerçekleştirilebilmesi için egzoz eşanjörü akış boyunca iki eşit parçaya bölünmüştür. Her bir model için HAD programında çözümlemesi zamandan bağımsız olarak hesaplanarak sıcaklık dağılımı, sıcaklık ve hız vektörleri, giriş-çıkış sıcaklıkları vb. parametrelerin konturları ve grafiklerinin oluşturularak karşılaştırılması yapılmıştır.

Abstract:
In this study, it is aimed to numerically analyze the heat exchanger internal structure having finned volume method with different fin number, geometry, and arrangement in order to obtain optimum heat exchanger surface temperature distribution in the thermoelectric generator where electric energy production is realized by utilizing exhaust waste heat energy of an internal combustion engine. For this purpose, numerical analysis was performed in the HAD program of the flow area where different fin number, geometry, and arrangements will be used in the exhaust gas exchanger whose main dimensions are determined by using exhaust gas flow and exhaust gas temperature values obtained from experimental studies performed at different revolutions of a spark-ignition engine.
Also, three different heat exchanger arrangements are used in this study. In these three heat exchanger arrangements, it is planned to use the winged arrangements, which are described in the literature as accordion-shape, fishbone-shape, and serial-plate and compared in many studies. However, the geometric shapes (square, rectangular, triangular, trapezoidal prisms) used in the aforementioned fins arrangements have been modified within the scope of this study to simulate the geometric model of the raindrop with rounded lines. Furthermore, in contrast to the aforementioned fin arrangements, the exhaust exchanger is divided into two equal parts along the flow so that electricity can be generated using thermoelectric modules using both surfaces of the exhaust exchanger to be placed on the exhaust path of the internal combustion engine. For each model, the analysis of the HAD program is calculated independent of time and includes temperature distribution, temperature and velocity vectors, input-output temperatures, and so on. The contours and graphs of the parameters were compared and compared.