Stirling çevrimi ile çalışan V-tipi soğutucunun termodinamik analizi
Thermodynamics analysis of V-type refrigerator working by stirling cycle
Yazar: YUSUF TEKİN
Danışman: PROF. DR. ÖMER ERCAN ATAER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
STIRLING ÇEVRİMİ İLE ÇALIŞAN V-TİPİ SOĞUTUCUNUNTERMODİNAMİK ANALİZİ(Doktora Tezi)Yusuf TEKİNGAZİ ÜNİVERSİTESİFEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜMart 2006ÖZETStirling makinaları, farklı sıcaklıklardaki iş akışkanının genişlemesi vesıkışması işlemlerinin kapalı ve rejeneratif bir termodinamik çevrim olanStirling çevriminde tekrarlandığı ısıl sistemlerdir. İş akışkanınınhareketi, pistonlar tarafından sağlanır. Akış, hacim değişiklikleri ilekontrol edildiğinden, ısı işe veya iş ısıya dönüşür. Soğutma amacınayönelik Stirling makinaları, ısı pompaları veya soğutma makinalarıolarak çalışabilen, farklı fonksiyon, özellik ve geometriye sahipmakinalardır. Stirling çevrimi ile çalışan soğutucuların performansınıarttırmak ve tasarımına yardımcı olmak için, termodinamik analizlerininyapılması gerekir. Bu çalışmada geliştirilen Stirling çevrimi ile çalışanV-tipi soğutucunun termodinamik analizi, kontrol hacmi yöntemikullanılarak yapılmıştır. Stirling soğutucusu, sıkışma hacmi, soğutucu,rejenerator, ısıtıcı ve genişleme hacimlerinden meydana gelir. Buhacimler kontrol hacimlerine bölünerek, kontrol hacimleri için korunumdenklemleri yazılmıştır. Bu temel denklemleri iteratif olarak çözmek içinFORTRAN dilinde bir bilgisayar programı hazırlanmıştır. Bu program,çalışma verilerini kullanarak, kontrol hacmindeki çalışma akışkanınınkütle, basınç ve sıcaklıklarını hesaplayarak, soğutucunun etkinliğini vesoğutma yükünü sabit yüzey sıcaklığı ve rejeneratörde adyabatik diğerbirimlerde sabit yüzey sıcaklığı sınır şartlarında hesaplamaktadır. V-tipiStirling soğutucusunun geometrik özelliklerinin COP'ye etkisiincelenmiş ve maksimum soğutma etkinliği için geometrik özellikleribelirlenmiştir. Farklı çalışma akışkanı, şarj basıncı ve motor hızlarındada soğutucunun etkinliği ve soğutma yükü hesaplanarak, sonuçlardiyagramlar halinde verilmiştir. Ayrıca, V-tipi Stirling soğutucusunun ikiboyutlu akış modeli, FLUENT sayısal akışkanlar dinamiği programıkullanılarak yapılmıştır. V-tipi Stirling soğutucusunun akış alanındasayısal ağlar oluşturulmuştur. Sıkışma ve genişleme hacimlerindehareketli ağlar kullanılarak, akış kararsız şartlarda modellenmiştir. V -tipi Stirling soğutucusu için elde edilen hız ve basınç dağılımları,diyagramlar halinde verilmiştir.Bilim Kodu : 914.1.131Anahtar Kelimeler : Stirling soğutucuları, termodinamik analiz,simülasyon, kontrol hacmi analiziSayfa Adedi : 225Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Ö. Ercan ATAER

Abstract:
THERMODYNAMICS ANALYSIS OF V-TYPE REFRIGERATORWORKING BY STIRLING CYCLE(Ph. D. Thesis)Yusuf TEKİNGAZI UNIVERSITYINSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGYMarch 2006ABSTRACTA Stirling machine is a mechanical device operating on a closedregenerative thermodynamic cycle where cyclic compression andexpansion of the working fluid take place at different temperatures.Pistons are responsible for the flow of working fluid. The flow of theworking fluid between the working spaces is controlled by their volumechanges and this causes conversion of heat into work and vice versa.Stirling machine with different geometries and properties can beoperated as heat pumps and refrigerators. Thermodynamic analysis isnecessary in order to get better design of refrigerators running onStirling cycle. In this study, the thermodynamic analysis of a V-typeStirling cycle refrigerator is performed using control volume analysis.The Stirling cycle refrigerator consists of expansion and compressionspaces, cooler, heater and regenerator. The conservation of mass andenergy equation are written for each control volume. A computerprogram is prepared in FORTRAN, and the basic equations are solvediteratively using constant surface temperature and adyabatic boundaryconditions. The mass, temperature and density of working fluid in eachcontrol volume are calculated for working parameter given in theprogram. For different working fluids, charge pressures and enginespeeds, refrigerators cooling load, work and COP values have beencalculated and results are tabulated. Beside these two dimensional flowsimulation of the V-tipe Stirling cycle refrigerator is performed usingFLUENT computational fluid dynamics. The expansion andcompression volumes are modelled using the dynamic mesh. Thevelocity and pressure distribution obtained, are given as diagrams.Science Code : 914.1.131Key Words : Stirling cycle refrigerator, thermodynamicanalysis, simulation, control volume analysis.Page Number : 225: Prof. Dr. Ö. Ercan ATAERAdviser