Hermetik pistonlu bir kompresörde birleşik (konjuge) ısı geçişinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical conjugated heat transfer analysis of a hermetic reciprocating compressor
Yazar: MEHMET ONUR DİNCER
Danışman: PROF. DR. HASAN GÜNEŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında tasarıma ait tüm detaylar dikkate alınarak oluşturulan kompresör modelinde birleşik (konjuge) ısı geçişi analizi yapılarak detay sıcaklık ölçümlerinin sayısal olarak incelenmesi hedeflenmiştir. Analizler için gerekli sınır şartlarını temin etmek ve sayısal sonuçlarla karşılaştırmak amacıyla kompresör detay sıcaklık ölçümleri ve indikatör diyagramının (pV) çıkarılmasını içeren deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir.
Sayısal analizlerde öncelikle soğutkan hattı deaktif yapılarak yalnız enerji denklemi çözdürülmüş, sonuçlar doğrultusunda katı model yüzeylerindeki ısı taşınım katsayıları optimize edilmiştir. Bu kısımda fiziksel olarak akışkanın temas ettiği kısımlar sabit sıcaklık şartında kabul edilmiş ve çeşitli noktalarda deneysel olarak ölçülen iç gaz sıcaklıkları sayısal modele girilerek komponentlerdeki ısı taşınım katsayılarının mertebeleri belirlenmiştir. İkinci kısımda soğutkan hattı aktif duruma getirilip ilk analiz sonucu elde edilen ısı taşınım katsayıları da kullanılarak sürekli rejimde gövde, silindir kafası ve valf tablası malzeme farklılıklarının ve motor veriminin sıcaklık dağılımına etkisi incelenmiş, sıcaklık dağılımındaki değişimlerin kompresör performansına olası etkileri yorumlanmıştır. Malzeme farklılıklarının inceleneceği komponentler, kompresör termodinamik verimini olumsuz yönde etkileyen; emme hattındaki soğutkanın ısınmasını önleme kriterine göre seçilmiştir. Üçüncü kısımda, soğutkan hattındaki akışın sürekli rejim analizlerinin tamamlanmasının ardından, kompresörün tüm katı bileşenleri başlangıç koşulu olarak ortam sıcaklığına (26oC) getirilmiş ve kompresörün termal rejime giriş sürecini incelemek amacıyla zamana bağlı CFD analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca soğutkan hattında zamana bağlı CFD analizleri ile özellikle emme susturucusu içerisindeki akış hareketleri ve ısı geçişi mekanizmaları incelenmiştir. Son kısımda ise kompresörün egzoz patikasında yalıtım uygulamalarının etkinliği lokal egzoz hattı CFD analizleri ile araştırılmıştır.

Abstract:
This study presents detailed CFD analyses of a hermetic reciprocating compressor for several cases and experiments which support numerical analyses. The numerical model is formed with both refrigerant (fluid) domain and solid domain which comprises compressor components. In the first case, the refrigerant domain was deactivated, so the pure heat conduction analysis was performed for the solid components in order to optimize heat transfer coefficients by comparing temperature values with experimental data. Refrigerant domain was reactivated for the second case in which conjugated heat transfer problem was to be solved supported by heat transfer coefficients obtained in the first case. Effects of using different materials; for some key components such as the crankcase, cylinder head and the valve plate; on temperature distribution inside the compressor were investigated. Transient analysis was performed in order to understand flow behavior and heat transfer mechanisms causing superheating within the suction muffler. In the last case, the local insulation approaches in the discharge line were examined with steady state CFD analyses, searching the most effective locations to insulate in an effort to reduce the heat transfer to the internal ambient of the compressor.