Düz tüplü otomobil radyatörlerinde ısı transferinin modellenmesi ve çeşitli motor soğutma sıvıları için deneysel doğrulaması
Modelling heat transfer in flat tube automobile radiators and experimental verification for various engine coolants
Yazar: AHMET GÜNDEM
Danışman: PROF. DR. MURAT HOŞÖZ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Etilen glikoller = Ethylene glycols ; Modelleme = Modelling ; Propilen glikol = Propylene glycole ; Radyatör = Radiator ; Soğutma suyu = Cooling water

Özet:
Bu çalışmada, öncelikle bir radyatör test sistemi kullanılarak su, 30/70 etilen glikol (EG)/su, 50/50 EG/su, 70/30 EG/su, 30/70 propilen glikol (PG)/su ve 50/50 PG/su olmak üzere altı farklı soğutma sıvısının düz tüplü panjur kanatçıklı otomobil radyatörünün termal performansına etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Test koşulları, gerçek çalışma şartlarına yakın olacak şekilde belirlenerek soğutma sıvısı debisi 0,10, 0,15, 0,20 ve 0,25 l/s'de, hava hızı 1, 2, 3 ve 4 m/s'de, hava giriş sıcaklığı 25, 30 ve 35 °C'de, soğutma sıvısı giriş sıcaklığı ise tüm testlerde 90 °C'de tutulmuştur. Deneylerden elde edilen veriler kullanılarak belirtilen soğutma sıvıları için radyatörden atılan ısılar hesaplanmıştır. Radyatörde en yüksek ısı transferi su kullanımında gerçekleşirken, onu azalan sırayla 30/70 EG/su, 30/70 PG/su, 50/50 EG/su, 50/50 PG/su ve 70/30 EG/su izlemiştir. Ortalama olarak suya göre 30/70 EG/su, 30/70 PG/su, 50/50 EG/su, 50/50 PG/su ve 70/30 EG/su sırasıyla %4,78, %8,34, %9,32, %12,41 ve %13,76 oranında daha düşük ısı transferi gerçekleştirmiştir. Radyatör geometrisi, hava giriş hızı ve sıcaklığı ile soğutma sıvısı debisi ve türünün radyatör termal performansına etkisini teorik olarak inceleyebilmek için etkenlik-NTU metodu kullanılarak bir denklem çözümleme programı aracılığıyla bir radyatör ısı transfer modeli geliştirilmiştir. Model, radyatörü 240 kontrol hacmine ayırarak her bir kontrol hacmindeki ısı atımını hesaplamakta ve kontrol hacimlerinden elde edilen ısı atımı değerlerinin toplanmasıyla radyatördeki toplam ısı transferi belirlenmektedir. Model yardımıyla test koşulları için hesaplanan sonuçlar, deneysel sonuçlarla çeşitli istatistiksel performans göstergeleri kullanılarak karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlara göre model sonuçlarının su, 30/70 EG/su, 50/50 EG/su ve 50/50 PG/su için ortalama olarak sırasıyla %0,006, %1,38, %2,44 ve %0,93 oranında daha düşük 30/70 PG/su için %1,26 oranında daha yüksek radyatör ısı transferi değerleri verdiği belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, first, the effects of six different coolants, namely water, 30/70 ethylene glycol (EG)/water, 50/50 EG/water, 70/30 EG/water, 30/70 propylene glycol (PG)/water and 50/50 PG/water, on the thermal performance of a flat-tube louvered-fin automobile radiator were experimentally evaluated using a radiator test system. The test conditions were determined in such a way that they were close to the actual operating conditions. In the tests, the coolant flow rate was kept at 0,10, 0,15, 0,20 and 0,25 l/s, air velocity was maintained at 1, 2, 3, and 4 m/s, and air inlet temperature was kept at 25, 30 and 35 °C, while the coolant inlet temperature was adjusted to 90 °C in all tests. The heat rejection rates from the radiator were calculated for the specified coolants using the data obtained from the experiments. The highest radiator heat rejection rate was obtained with water, followed by 30/70 EG/water, 30/70 PG/water, 50/50 EG/water, 50/50 PG/water and 70/30 EG/water in decreasing order. On average, 30/70 EG/water, 30/70 PG/water, 50/50 EG/water, 50/50 PG/water and 70/30 EG/water yielded 4,78%, 8,34%, 9,32%, 12,41% and 13,76% lower heat rejection rates respectively, in comparison to water. In order to investigate the effects of radiator geometry, air inlet velocity, air temperature, coolant flow rate and coolant type on the radiator thermal performance, a radiator heat transfer model based on the effectiveness-NTU method was developed with the aid of an equation solving software. By dividing the radiator into 240 control volumes, the model calculates the heat rejection rate in each control volume, and the total heat transfer is evaluated by summing up the heat rejection rates obtained from the control volumes. The model results calculated for the test conditions were compared with the experimental ones using various statistical performance indicators. It was found that the model yielded, on average, 0,006%, 1,38%, 2,44% and 0,93% lower heat rejection rates than the experimental ones for water, 30/70 EG/water, 50/50 EG/water and 50/50 PG/water, respectively. On the other hand, for 30/70 PG/water, the model resulted in on average 1,26% higher heat rejection rate relative to the experimental one.