Distribütör tasarımının soğutma sistemine etkisinin sayısal incelenmesi
Numerical investigation of the effect of distributor design on the cooling system
- Tez No: 1001915
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ PINARBAŞI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD), Computational fluid dynamics (HAD)
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Isı Proses Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
İki fazlı soğutucu akışkanın evaporatör devrelerine dengeli biçimde dağıtılması, sistemin ısıl verimliliğini doğrudan etkileyen kritik bir parametredir. Bu çalışma, bu dağılım sorununu çözmeye yönelik farklı distribütör tasarım yaklaşımlarını, olası montaj koşullarını temsilen dikey, yatay ve 45° eğimli konumlarda karşılaştırmalı olarak incelemektedir. Analizler kapsamında; standart konik distribütör, statik mikserli distribütör ve bu tez kapsamında önerilen yenilikçi SG distribütör konseptinin iki, üç ve dört helisel kanallı versiyonları değerlendirilmiştir. Sayısal analizler, çalışma akışkanı olarak 4°C sıcaklıktaki R410A kullanılarak, 806 kPa sabit çıkış basıncında, 50, 75 ve 100 kg/sa kütlesel debiler ve 0,1–0,3 buhar kalitesi aralığında, ticari bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yazılımı olan ANSYS CFX ile yürütülmüştür. Bulgular, standart konik distribütörün özellikle yatay konumda %83'e varan dağılım sapmalarıyla yetersiz performans sergilediğini ortaya koymuştur. İki ve üç kanallı SG tasarımları gibi diğer alternatiflerin ise, yerçekimi etkilerini kısmen gidermelerine rağmen, oluşturdukları asimetrik ve kararsız girdapların orifis kesiti boyunca stabil bir halkasal akışa evrilememesi nedeniyle başarısız olduğu kanıtlanmıştır. Dağıtım haznesine hazırlıksız ve dengesiz bir profille ulaşan bu akış, özellikle iki kanallı tasarımda dengesizliği daha da artırmıştır. Buna karşılık, 45° helis açısına sahip dört kanallı SG distribütörü, oluşturduğu güçlü, merkezi ve simetrik girdabın orifis boyunca stabil bir halkasal akışa dönüşmesi sayesinde yerçekimi etkisini aktif olarak bastırmış ve en zorlu yatay ve eğimli konumlarda dahi %5'in altındaki sapma değerleriyle en kararlı ve üstün performansı göstermiştir. Sonuç olarak, bu çalışma akışkan dağılımındaki dengesizliklerin giderilmesinde en etkili yaklaşımın, sadece bir girdap oluşturmak veya akışı karıştırmak değil; tasarımın montaj konumundan bağımsız olarak, ürettiği girdabın simetrisini aktif olarak kontrol edip stabil bir halkasal akış oluşturma yeteneği olduğunu ortaya koymuştur. Bu prensibi en başarılı şekilde gerçekleştiren dört kanallı SG distribütörü, incelenen tüm tasarımlar arasında en güvenilir ve yüksek performanslı çözüm olarak öne çıkmaktadır.
Özet (Çeviri)
Uniform distribution of two-phase refrigerant into evaporator circuits is a critical factor that directly affects the system's thermal efficiency. This study presents a comparative numerical investigation of different distributor design philosophies for solving this maldistribution problem under various mounting orientations representing practical installation scenarios: vertical, horizontal, and 45° inclined. The analyses evaluated a standard conical distributor, a static mixer distributor, and two, three, and four-channel versions of an innovative Swirl Generator (SG) distributor concept proposed in this thesis. Numerical analyses were conducted using the commercial CFD (Computational Fluid Dynamics) software ANSYS CFX for R410A at 4°C as the working fluid, with a fixed outlet pressure of 806 kPa, mass flow rates of 50, 75, and 100 kg/h, and a vapor quality range of 0.1–0.3. The results revealed that the standard conical distributor exhibits inadequate performance, with distribution deviations reaching up to 83% in the horizontal orientation. It was demonstrated that other alternatives, such as the two- and three-channel SG designs, were unsuccessful because even while partially mitigating gravitational effects, the asymmetric and unstable vortices they generated failed to evolve into a stable annular flow within the orifice section. This flow, arriving at the distribution chamber with an undeveloped and unbalanced profile, exacerbated the imbalance, particularly in the two-channel design. In contrast, the four-channel SG distributor with a 45° helix angle actively suppressed gravitational effects by generating a strong, central, and symmetric vortex that evolved into a stable annular flow within the orifice, and demonstrated the most robust and superior performance with deviation values below 5%, even in the most challenging horizontal and inclined orientations. Consequently, this study establishes that the most effective approach to mitigating maldistribution lies not merely in generating a vortex or mixing the flow, but in a design's ability to actively control the symmetry of the vortex to create a stable annular flow, largely independent of the mounting orientation. The four-channel SG distributor, which best implements this principle, stands out as the most reliable and high-performance solution among all designs investigated.
Benzer Tezler
- Investigation of design parameters effects of an active suction cooling system on outer surface temperature oven glass at a pyrolytic oven
Pirolitik bir fırında aktif çekişli soğutma sistem tasarımının fırın dış cam sıcaklığına etkisinin incelenmesi
BERRİN EKER
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Mühendislik BilimleriDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DİLEK KUMLUTAŞ
- Toprak kaynaklı ısı pompası ve tprak ısı değiştiricilerinin optimizasyonu ve geliştirilmesi
Ground source heat pump optimization and development of ground heat exchangers
HAKAN DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GALİP TEMİR
- Uzatılmış jet çarpmalı soğutmada dalgalı hedef yüzeyin ısı geçişine etkisinin nümerik olarak incelenmesi
Numerical investigation of the effect of wavy target surface on heat transfer in extended jet impact cooling
KADİRCAN KASAB
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UFUK DURMAZ
- Lityum-iyon batarya modüllerinin ısıl davranışının tasarım ve optimizasyon odaklı sayısal incelenmesi
Numerical investigation of the thermal behavior of lithium-ion battery modules based on design and optimization
OSMAN BEDRETTİN KARATAŞ
Doktora
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KEMAL FÜRKAN SÖKMEN
- Çarpmalı jet ve rib kullanımının kanal yüzeyindeki soğutma performansına etkilerinin araştırılması
Investigating the effect of impinging jet and rib usage on the cooling performance of the channel surface
ORHAN YALÇINKAYA