Vidalı kompresörlerde soğutma sistemi performans optimizasyonunun deneysel ve nümerik olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of cooling system performance optimization in screw compressors
- Tez No: 1012623
- Danışmanlar: PROF. DR. AKIN BURAK ETEMOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Enerji, Mechanical Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Uludağ Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, literatürde kompresör radyatörlerini (hava–yağ ve hava–hava bölümleri) gerçek işletme koşulları ve sistem entegrasyonu ile birlikte ele alan çalışmaların sınırlı olması probleminden hareketle, vidalı kompresör sistemlerinde kullanılan radyatörlerin ısıl davranışını deneysel, teorik, nümerik ve istatistiksel yöntemlerle bütüncül biçimde ortaya koymayı amaçlamaktadır. Kompresörlerde vida grubu ve yağ devridaiminden kaynaklanan ısıl yüklerin güvenli biçimde uzaklaştırılması; yağ ömrü, termal kararlılık ve sistem güvenilirliği açısından kritik olduğundan, radyatör performansını belirleyen parametrelerin nicel olarak belirlenmesi çalışmanın önemini oluşturmaktadır. Bu kapsamda 15 kW, 22 kW ve 37 kW gücündeki vidalı kompresörlerde deneysel ölçümler gerçekleştirilmiş; yağ miktarı, yağ kütlesel debisi ve vida grubu dönüş devri gibi değişkenlerin sıcaklık seviyelerine etkileri değerlendirilmiştir. Isıl hesaplamalarda Reynolds ve Nusselt sayıları üzerinden ısı transfer davranışı incelenmiştir. Nümerik analizler ANSYS Fluent ortamında yürütülmüş; dikdörtgen referans geometriye ek olarak çukurlu, şaşırtmalı ve hava yarıklı kanatçıklar karşılaştırılmıştır. Ortalama ısı taşınım katsayısı dikdörtgen geometride 606 W/m²K iken çukurlu ve şaşırtmalı geometrilerde sırasıyla 530 ve 1265 W/m²K olarak elde edilmiştir; hava yarıklı geometride ise 999 W/m²K hesaplanmıştır. Şaşırtmalı kanatçıkların ısı transferini artırdığı ancak basınç kaybını da yükselttiği, çukurlu yapının ise daha düşük akış direnci sunduğu belirlenmiştir. Bu doğrultuda şaşırtmalı–çukurlu (HODF) hibrit kanatçık tasarlanmış; hibrit geometride ortalama ısı taşınım katsayısı 1402 W/m²K'ye ulaşırken basınç kaybı 6772 Pa seviyesinde gerçekleşmiştir. Taguchi ve istatistiksel analizler sonucunda yağ çıkış sıcaklığının azaltılmasında en etkili parametrelerin yağ kütlesel debisi ve hava hızı olduğu; hava çıkış sıcaklığının belirlenmesinde ise baskın parametrenin hava hızı olduğu ortaya konmuştur.
Özet (Çeviri)
This study aims to comprehensively investigate the thermal behavior of radiators used in screw compressor systems through experimental measurements, theoretical heat transfer calculations, numerical simulations, and statistical analyses. Motivated by the limited number of studies addressing compressor radiators (air–oil and air–air sections) under real operating conditions and system integration, the research focuses on identifying the parameters governing radiator performance. Since the removal of thermal loads generated by the screw unit and oil circulation is critical for oil lifetime, thermal stability, and system reliability, a quantitative evaluation of performance parameters is essential. Experimental measurements were conducted on 15 kW, 22 kW, and 37 kW screw compressors to evaluate the effects of oil quantity, oil mass flow rate, and rotational speed on temperature levels, and heat transfer behavior was examined using Reynolds and Nusselt numbers. Numerical simulations performed in ANSYS Fluent compared a rectangular reference fin with dimpled, offset strip, and slotted fin geometries. The average heat transfer coefficient was calculated as 606 W/m²K for the rectangular geometry, 530 W/m²K for the dimpled fin, 1265 W/m²K for the offset strip fin, and 999 W/m²K for the slotted fin. While the offset strip fin significantly enhanced heat transfer, it also increased pressure drop, whereas the dimpled geometry provided lower flow resistance with limited thermal improvement. Based on these findings, a hybrid offset–dimpled fin (HODF) was designed, achieving an average heat transfer coefficient of 1402 W/m²K with a pressure drop of 6772 Pa. Taguchi and statistical analyses revealed that oil mass flow rate and air velocity are the most influential parameters in reducing oil outlet temperature, while air velocity is the dominant factor affecting air outlet temperature, demonstrating that optimization of oil flow and air-side conditions is critical for improving the thermo-hydraulic performance of screw compressor cooling systems.
Benzer Tezler
- Yağ enjeksiyonlu vidalı hava kompresörlerinde kanatlı ve plakalı tip ısı değiştiricilerin bir boyutlu modellenmesi ve deneysel analizi
One-dimensional modelling and experimental analysis of fin and plate type heat exchangers in oil injected screw air compressors
DENİZ ARDA SOYLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZAFER GEMİCİ
DR. MUSTAFA KEMAL SEVİNDİR
- Thermodynamic modeling and lubrication analysis of a hermetic reciprocating compressor
Hermetik pistonlu kompresörün termodinamik modeli ve yağlama analizi
POUYA PASHAK
Doktora
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Investigation of oil-injected screw compressors performance based on energy efficiency and pressurized air quality
Verimlilik ve basınçlı hava kalitesi açısından yağ enjekteli vidalı kompresörlerin incelenmesi
ŞÜKRÜ ERİKLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Mühendislik BilimleriYeditepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ BAHADIR OLCAY
- Kompresörlerde soğutma sistemi optimizasyonu
Cooling system optimisation of air compressor
PELİN ALEMDAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEVENT YÜKSEK
- An enhanced maintenance planning application to compressor units at industrial refrigeration systems
Endüstriyel soğutma sistemlerinin kompresör ünitelerinde geliştirilmiş bir bakım-onarım planlama uygulaması
ŞEREF KARA
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. METİN ÇELİK