Ejektör (Buhar-Jet) soğutma sistemlerinde farklı soğutucu akışkan kullanımlarının sayısal incelenmesi
A numerical investigation of ejector refrigeration system using different working fluids
Yazar: HASAN MULCAR
Danışman: DOÇ. DR. EMRAH DENİZ
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yenilenebilir enerji santrallerinden veya enerji işlemlerinden açığa çıkan düşük seviyeli atık ısı ile tahrik edilebilen ejektörlü bir soğutma sistemi, geleneksel buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerini tahrik eden; enerji santrallerinde elektrik üretilmesi için fosil yakıtların yakılması sonucu oluşan sera gazı emisyonlarını potansiyel olarak düşüreceği dolayısıyla elektrik enerjisinin tüketimini azaltacağı için, mevcut enerji ve çevre düzenlemeleri kapsamında çevre dostu soğutma üretimi için en uygun sistem olarak görülmektedir. Bununla birlikte, ejektörlü soğutma sistemleri genellikle çok düşük bir performans katsayısı (COP) sunmaktadırlar ve bu durum bu tip sistemlerde kritik bir konudur ve ana dezavantajlarıdır. Temelde, ejektör performansı doğrudan soğutma performansını etkiler. Bu nedenle, ejektörün etkili bir tasarımı ve karakteristikleri üzerine bir inceleme, ejektörlü soğutma sistemlerini iyileştirmek için önemlidir.
Pek çok araştırmacı, sistemin performansının analizi için organik ve inorganik çalışma akışkanlarını kullanarak incelemelerde bulunmuştur. Hidrokloroflorokarbon (HCFC) ve kloroflorokarbon (CFC) gibi sentetik soğutucular, ozon tüketme ve küresel ısınma potansiyelleri ile çevreye verdikleri büyük çaplı zarar nedeniyle, uluslar arası sorunlar haline gelmişlerdir. Montreal ve uluslar arası protokoller gereği, CFC'lerin ve HCFC'lerin sonlandırılması kararı ile çevre dostu soğutucuların belirlenmesi ve yeni soğutucuların ejektörlü soğutma sistemlerine uyumlulukları için gayretli çalışmalar yapılmaya devam edilmektedir. Bir ejektörün performansını iyileştirmek için, ejektör boyunca akış karakteri açıkça anlaşılabilmelidir. Bu çalışmanın amacı, bir soğutma sisteminde kullanılan ses üstü bir ejektörün Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) simülasyon sonuçlarını, çevre dostu ve ejektör performansını arttıran bir soğutucu akışkanın belirlenmesi amacıyla sunmaktır. Ticari bir paket program olan ANSYS FLUENT 12.1 yazılımı, çalışma akışkanı olarak R-236fa kullanılan deneysel bir düzenekteki bir geometriye karşılık gelecek şekilde tasarlanan ses üstü bir ejektörün iki boyutlu, axi-simetrik modelini çözmek ve oluşturmak için kullanıldı. HAD, ejektör performansını çok iyi tahmin edebilir ve ejektörün doğrudan performansı ile ilgili etkili bir alan üzerindeki işletme şartlarının etkisini açıklayabilir. Bununla birlikte, kritik kondenser basıncında ejektör sürüklenme oranının değişimi, farklı jeneratör sıcaklık şartları altında seçilen soğutucu akışkanlara uygulanarak incelenmiştir. Çevre dostu soğutucular ile ejektör performansının karşılaştırılması;  R-134a, R-152a, R-236fa, R-717, R245fa, R-600a, R-290, R-1270, R-438A ve R-1234yf akışkanları için gerçekleştirilmiştir. Doymuş buhar fazı için soğutucu termo-fizik özellikleri, www.webbook.nist.gov/chemistry/ online sayfasından ve emniyet özellikleri ASHRAE Standard 34-2010 (Designation and Safety Classification of Refrigerants) standardından elde edilmiştir. Sonuçlar soğutma uygulamalarında, ejektörlerin tasarımı için HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği)'in yararlı bir araç olduğunu göstermektedir.

Abstract:
Using low grade waste heat from renewable energy or energy processes to drive the cycle an ejector refrigeration system will reduce the electrical energy consumption used to power vapour compression refrigeration systems, potentially reducing the emissions of greenhouse gasses that are associated with the production of electricity from fossil fuel burning power plants. Therefore ejector refrigeration systems seem to be the most appropriate system for large scale refrigeration in the present energy and environmental situation. However, it usually has a very low coefficient of performance (COP), and this becomes the critical issue and disadvantage of this system. Mainly, the ejector performance directly affects the refrigerating performance. Therefore, an investigation on the characteristics and an efficient design of the ejector are important to improve ejector refrigeration systems.
Investigations were carried out by many researchers for analyzing the performance of the system and its components with few selected organic and inorganic refrigerants. Ozone depletion and possible global warming by hydrochlorofluorocarbons (HCFC) and chlorofluorocarbons (CFC) as cynthetic refrigerants have become international issues due to the potential harm to the environment. With the phasing-out of CFCs and HCFCs on the basis of the Montreal and subsequent international Protocols, efforts are being carried on for identifying environment friendly refrigerants and their adaptability to ejector refrigeration system. In order to improve the performance of an ejector, the flow characteristics through it should be clearly explained. In order to realize environmental refrigerant which will improve performance of an ejector, created and solved a geometry, corresponding an experimental apparatus that operates using R-236fa which has a two-dimensional, axi-symmetric model of a supersonic ejector, using by a commercially available ANSYS FLUENT 12.1 code. CFD (Computational Fluid Dynamics) can predict ejector performance very well and reveal the effect of operating conditions on an effective area that is directly related to its performance. However, the impact of varying operating conditions (especially by generator temperatures) on the ejector entrainment ratio at critical condenser pressure was investigated applying different refrigerants. Comparison of performance of ejector with environment friendly refrigerants, for these fluids: R-134a, R-152a, R-236fa, R-717, R245fa, R-600a, R-290, R-1270, R-438A and R1234yf, is made. The results show that CFD is a useful tool in the design of ejectors for refrigeration applications. Saturated vapour refrigerant properties were evaluated using by online www.webbook.nist.gov/chemistry/ and properties of safety had taken using by online ASHRAE Standard 34-2010.