Ranque-Hilsch vorteks tüpü destekli hibrit soğutma - kurutma sistemi tasarımı ve termodinamik incelemesi
Thermodynamic evaluation and design of Ranque-Hilsch vortex tube aided hybrid cooling and drying system
Yazar: MERVE ŞENTÜRK ACAR
Danışman: DOÇ. DR. OĞUZ ARSLAN
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, farklı geometrilere sahip Ranque-Hilsch Vorteks Tüpü (RHVT) üretimleri gerçekleştirilmiş olup, farklı çalışma parametreleri için deneyler yapılmıştır. RHVT deneysel sonuçları kullanılarak, RHVT destekli hibrit soğutma ve kurutma sistemi parametreleri belirlenmiştir. RHVT soğuk çıkış akışı bir ısı değiştirici ile buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimine entegre edilmiştir. Buhar sıkıştırmalı soğutma sistemi tasarımında, 4 farklı akışkan ve akışkan özelliklerine uygun farklı buharlaştırıcı sıcaklıkları ve kompresör çıkış basınçları parametrik değişkenler olarak ele alınmıştır. RHVT sıcak çıkış akışı ise kurutma sistemine elektrikli ısıtıcı girişine entegre edilerek kullanılmıştır. Kurutma sisteminde, kurutucu giriş ve çıkış havası sıcaklık değerleri domates kurutması için Page modeli kullanılarak belirlenmiştir. Yapılan çalışmada 207.980 RHVT destekli hibrit soğutma ve kurutma sistemi tasarımı yapılmıştır.
RHVT ile yapılan deney sonuçları kullanılarak elde edilen hibrit sisteme ait tasarımlar enerji ve ekserji analiz metodları kullanılarak değerlendirilmiştir.  Buna göre; RHVT destekli hibrit soğutma ve kurutma sistemi, RHVT desteksiz hibrit olmayan soğutma ve kurutma sistemine ait her bir tasarım için, buharlaştırıcı, yoğuşturucu, kompresör, kurutucu, ısı değiştirici kapasiteleri ile enerji ve ekserji verimleri hesaplanmıştır.
Çalışmanın devamında; her bir tasarım için ayrı ayrı olmak üzere, faydalı ömür 20 yıl olarak ele alınıp, net bugünkü değer (NBD) yöntemiyle RHVT destekli hibrit soğutma ve kurutma sisteminin ekonomikliği araştırılmıştır.

Abstract:
In this study, Ranque-Hilsch Vortex Tube (RHVT), with different geometries were manifactured and experiments were carried out for different operating parameters. By using experimental results of RHVT, the parameters of RHVT aided hybrid cooling and drying system were determined. Cold outlet flow of RHVT was integrated to vapor-compression refrigeration cycle with a heat exchanger. Four different refrigerants and different suitable evaporator temperatures and compressor discharge pressure for the properties of refrigerants were examined as parametric variables on the system design of the vapor-compression refrigeration system.  The hot outlet flow of RHVT was used in drying system coupled with an electric heater. In the drying system, the dryer inlet and outlet air temperatures were determined by using Page model for drying tomatoes. In this study, 207.980 RHVT aided hybrid cooling and drying system designs were made.
Using experimental results of RHVT, the hybrid system designs were evaluated by energy and exergy analysis methods. According to this, evaporator, condenser, compressor, dryer and heat exchanger capacity, energy and exergy efficiency of RHVT aided hybrid cooling and drying system and hybrid cooling and drying system without RHVT were calculated.  
In the last part of the study, cost analysis of RHVT aided hybrid cooling and drying system was investigated for each design. In this way, Net Present Value analysis (NPV) was performed with the assumption of an economic life of 20 years for the hybrid system.