Ankastre buzdolaplarında kullanılan çift çevrimli kompakt kondanserin modellenmesi ve optimizasyonu
Modelling and optimization of double cycled condenser where is used on built in refrigerators
Yazar: ALPER TEZCAN
Danışman: PROF. DR. KAMİL KAHVECİ
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Termodinamik ve Isı Tekniği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Basınçlı akışkan = Pressure fluid ; Buharlaştırarak soğutma = Evaporative cooling ; Isı geçişi = Heat transfer ; Konvansiyonel soğutma = Conventional cooling

Özet:
Soğutma çevriminin bir uygulaması olan buzdolaplarında soğutma çok değişkenli etkenlere bağlıdır. Bu etkenler çevresel faktörlerle alakalı olduğu kadar soğutma çevrimi elemanları ve bunların tasarımı ile de doğrudan ilgilidir. Sistem tasarımı yapılırken çevrim elemanlarının sistem üzerindeki etkisi göz önünde bulundurulmalıdır. Her bir eleman için uygun olmayan tasarım ya soğutmanın yetersiz olmasına, ya da ihtiyaçtan daha fazla soğutma kapasitesi nedeniyle kaynak israfına ve maliyet artışına neden olur. Bu nedenle her bir soğutma elemanının sistemin soğutma performansına ve maliyete etkisi belirlenmeli ve optimum bir tasarım tespit edilmelidir. Bu doğrultuda bu doktora tez çalışmasında buzdolabı soğutma bileşenlerinin ana elemanlarından olan kondanserlerin sistem performansına etkileri incelenmiş, yeni kondanser tasarımları geliştirilmiş ve bu tasarımların performansları deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. 
Tezin ilk bölümü soğutmanın tarihçesi ve günümüze kadar olan gelişimi hakkında bilgi verilmiştir. İkinci bölümde günümüz buzdolaplarının büyük bir kısmında kullanılan buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi ile ilgili bilgiler verilmiş ve ideal ve gerçek çevrimler arasındaki farklardan bahsedilmiştir. Üçüncü bölümde soğutma çevrimi ve sistemi bileşenleri tanıtılmış ve farklı soğutma sistemlerinde kullanılan kompresör, genleşme valfi/kılcal boru, buharlaştırıcı ve bu tez çalışmasının konusu olması itibarıyla da bilhassa kondanser tipleri tanıtılmıştır. Dördüncü bölümde ise buzdolaplarında yer alan bileşenler hakkında bilgi verilmiştir. Beşinci bölümde soğutma bölmelerine, her birimdeki bölme sayısına, bölmelerin dağılımına, soğutma hattı tasarımına, soğutma teknolojisine ve soğutma kontrolüne göre farklılıklar içeren soğutucu cihaz tipleri tanıtılmıştır. Altıncı bölümde tezde ele alınan BM36 tip ankastre buzdolabı, bu buzdolabında kullanılan kondanser tipleri ve kondanserin yer aldığı agregat bölmesi hakkında bilgiler verilmiştir. Bölüm yedi literatür araştırmasını ve literatürde konu ile ilgili yer alan patentleri içermektedir. Sekizinci bölümde bu tez çalışması kapsamında tasarlanan kondanserler ve üretim yöntemleri, kondanserin performans testlerinde kullanılan test yöntemleri ve süreçleri hakkında bilgi verilmiştir. Bu bölümde ayrıca kondanser muhafazası içerisinde ve kondanser boruları etrafındaki akış ve ısı transferine ait yönetici denklemler verilmiştir. Tezin son bölümü olan dokuzuncu bölümde ise çalışmada ele alınan kondanser tipleri için performans test sonuçları ve simülasyon sonuçları verilmiş ve sonuçlar değerlendirilmiştir.
Sonuçlar bu tez çalışması kapsamında tasarlanan wot kondanserler ile coil kondansere ve mevcut wot kondansere göre daha iyi soğutma performansları elde edilebileceğini göstermiştir. Sonuçlar wot kondanser de kullanılan tel sayısı arttırılarak soğutma performansında önemli artışlar elde edilebileceğini göstermektedir. Coil kondansere göre üretim yönteminin kolaylığı, yaygınlığı ve soğutma performansının boru boyunda artırım yerine nispeten ucuz tel sayısında artış ile iyileştirilebilmesi neticesinde önerilen wot kondanser maliyet açısından da avantaja sahiptir. Tasarlanan wot kondanserlerin ayrıca hava fanının kondansere dik akış sağlayacak şekilde konumlandırılması ile mevcut yerleşime göre daha iyi soğutma performansı sağlayacağı değerlendirilmektedir. Dolayısıyla bu konuda yapılacak çalışmalar bu tez aracılığı ile elde edilen bilgi düzeyini bir basamak daha ileri taşıyacaktır.

Abstract:
Cooling process in refrigerators, which is an application of cooling cycle, is dependent on multi-variable factors. These factors are directly related to the components in the cooling cycle and design of these components as well as environmental factors. When designing a system, effects of the cycle components on the system should be considered. An unsuitable design of any component causes insufficient cooling, or a waste of resources and an increase in cost due to the redundant cooling capacities. Therefore, the effects of each component on cooling performance and cost must be specified, and an optimum design must be determined. In this PhD thesis, the effects of condensers on system performance are investigated, the novel condenser designs are developed, and the performances of these newly developed condensers are studied experimentally and numerically. 
In the first chapter of the thesis, history of cooling and developments in cooling are introduced. In the second chapter, vapor-compression cooling cycle used in today's refrigerators and differences between ideal and real cycles are introduced. The third chapter is on components in cooling cycles and systems: compressors, expansion valves/capillary tubes, evaporators and condensers. The fourth chapter is devoted to the components in refrigerators. In fifth chapter, cooling device types classified according to the cooling compartments, the number of compartments in each unit, distribution of compartments, design of cooling line, cooling technology, and cooling control are introduced. In the sixth chapter, the BM36 type built-in refrigerators considered in this thesis study, condenser types used in these refrigerators, and agregat compartment where condenser is placed are introduced. The seventh chapter is devoted to the studies and patents in the literature. In the eight chapter, condensers designed in this study, production methods of them, and the test methods and processes used in the condenser performance tests are introduced. This chapter also contains governing equations of flow and heat transfer in the cavity between condenser housing and tubes. In the last chapter, the results of performance tests and computational simulations are given and discussed.
The results obtained in this study show that the wot condensers designed in this study produce higher cooling performances when they are compared to coil and present wot condensers. The results also show that cooling performance can be increased significantly by increasing the number of wires on tubes of condenser. The proposed wot condensers also have cost advantage due to the production simplicity with respect to coil condensers, due to being a more common condenser type, and due to the possibility of cooling performance enhancement by relatively cheaper method of adding extra wires instead of increasing the tube length. Moreover, the wot condensers designed in this study are expected to produce higher cooling performance when it is placed perpendicular to the air flow. Therefore, the future studies on this subject are expected to promote the knowledge level to a higher level.