Farklı nanoakışkan kullanılan ısı pompalarında enerji ve ekserji analizi
Heat pumps using different nanofluids energy and exergy analysis
- Tez No: 1013057
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE BİLGEN AKSOY, DOÇ. DR. MUSTAFA AKKAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Manisa Celal Bayar Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez kapsamında, R-32 soğutucu akışkanıyla çalışan hava kaynaklı buhar sıkıştırmalı bir ısı pompası sisteminde WO₃, MWCNT ve Fe₃O₄ nanopartiküllerinden oluşan hibrit nano-katkının sistem performansı üzerindeki etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Çalışmanın temel amacı, hibrit nano-katkı kullanımının etkilerini yalnızca enerji verimliliği açısından değil, aynı zamanda sistemin termodinamik kalitesini temsil eden ekserji performansı ve çevresel etki göstergesi olan karbon ayak izi açısından bütüncül bir yaklaşımla değerlendirmektir. Bu amaçla, WO₃, MWCNT ve Fe₃O₄ nanopartiküllerinden oluşan hibrit katkı, oleik asit yardımıyla homojen hale getirilmiş; kütlece %0,4 ve %0,8 olmak üzere iki farklı konsantrasyonda hazırlanarak R-32 soğutucu akışkanı ile birlikte ısı pompası çevrimine kontrollü olarak uygulanmıştır. Deneyler kararlı rejim koşullarında gerçekleştirilmiş; sistemin karakteristik noktalarındaki sıcaklık, basınç, kütlesel debi ve elektriksel güç tüketimi değerleri ölçülmüştür. Elde edilen deneysel veriler kullanılarak enerji analizi, bileşen bazlı ekserji yıkımları, toplam ekserji verimi ve birim faydalı soğutma etkisi başına düşen karbon ayak izi hesaplanmıştır. Ayrıca ölçüm belirsizlikleri dikkate alınmış ve farklı nanopartikül konsantrasyonlarının sistem performansı üzerindeki etkileri karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Deney sonuçları, hibrit nano-katkı kullanımının sistemin enerji ve ekserji performansı üzerinde olumlu etkiler oluşturabildiğini göstermiştir. Nanopartikül katkısı ile birlikte kompresör elektrik tüketiminde azalma, soğutma performans katsayısında iyileşme ve ekserji veriminde artış eğilimi gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, nanopartikül konsantrasyonunun artmasına bağlı olarak viskozite ve akış direnci gibi hidrodinamik etkilerin belirli koşullarda performans kazanımlarını sınırlayabileceği değerlendirilmiştir. COP değerlerindeki iyileşmeye bağlı olarak elektrik tüketiminin azalması, karbon ayak izi üzerinde de olumlu bir etki meydana getirmiştir. Sonuç olarak bu çalışma, WO₃, MWCNT ve Fe₃O₄ nanopartiküllerinden oluşan hibrit nano-katkının R-32 soğutucu akışkanlı bir ısı pompası sisteminde enerji, ekserji ve çevresel performans üzerindeki etkilerini aynı deneysel altyapı içerisinde bütüncül biçimde ortaya koymaktadır. Elde edilen bulgular, hibrit nano-katkı destekli ısı pompası sistemlerinin daha verimli ve çevreye duyarlı biçimde tasarlanmasına yönelik mühendislik uygulamalarına katkı sağlayabilecek niteliktedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the effects of a hybrid nano-additive composed of WO₃, MWCNT, and Fe₃O₄ nanoparticles on the performance of an air-source vapor compression heat pump system operating with R-32 refrigerant were experimentally investigated. The main objective of the study is to evaluate the effects of hybrid nano-additive application not only in terms of energy efficiency, but also through a comprehensive approach including exergy performance, which represents the thermodynamic quality of the system, and carbon footprint, which is considered an environmental impact indicator. For this purpose, the hybrid nano-additive consisting of WO₃, MWCNT, and Fe₃O₄ nanoparticles was homogenized with oleic acid. The prepared mixtures, at mass fractions of 0.4% and 0.8%, were then introduced into the heat pump cycle together with the R-32 refrigerant in a controlled manner. The experiments were carried out under steady-state operating conditions. Temperature, pressure, mass flow rate, and electrical power consumption values were measured at the characteristic points of the system. The obtained experimental data were used to perform energy analysis, component-based exergy destruction calculations, total exergy efficiency evaluation, and carbon footprint analysis per unit useful cooling effect. In addition, measurement uncertainties were considered, and the effects of different nanoparticle concentrations on system performance were comparatively evaluated. The experimental results showed that the use of the hybrid nano-additive had positive effects on the energy and exergy performance of the system. With the addition of nanoparticles, a decrease in compressor electrical power consumption, an improvement in the coefficient of performance, and an increasing trend in exergy efficiency were observed. However, it was also evaluated that the increase in nanoparticle concentration may limit performance improvements under certain conditions due to hydrodynamic effects such as increased viscosity and flow resistance. The improvement in COP values also contributed to a reduction in electrical energy consumption, which had a positive effect on the carbon footprint of the system. As a result, this study presents a comprehensive experimental evaluation of the effects of a hybrid nano-additive composed of WO₃, MWCNT, and Fe₃O₄ nanoparticles on the energy, exergy, and environmental performance of an R-32 refrigerant-based heat pump system. The findings obtained from this study may contribute to engineering applications aimed at designing more efficient and environmentally conscious heat pump systems supported by hybrid nano-additives.
Benzer Tezler
- Nanoakışkan kullanılan ısı değiştiricilerde entropi-ekserji analizi
Entropy-exergy analysis in heat exchangers used nanofluid
NİHAT OCAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
EnerjiSivas Cumhuriyet ÜniversitesiEnerji Bilimleri ve Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KORAY KARABULUT
- Nanoakışkan kullanılan eş merkezli mini borulu ısı değiştiricinin enerji ve ekserji analizi
Energy and exergy analysis of concentered mini tube heat exchanger using nanofluid
TAHA MERMER
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiBolu Abant İzzet Baysal ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KADİR GELİŞ
- Farklı eğriliklere sahip borulardaki nanoakışkan akımında ısı transferi ve basınç kayıp karakteristiklerinin sayısal incelenmesi
Numerical investigation of heat transfer and pressure drop characteristics in nanofluid flow inside curved pipes having various curvatures
AYŞE SUCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Makine MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. LÜTFÜ NAMLI
- İçerisinde grafen katkılı nanoakışkan ve konik iç eleman kullanılan boruda termohidrolik performans ve entropi üretiminin incelenmesi
Investigation of thermohydraulic performance and entropy generation in a tube with graphene nanoparticle reinforced nanofluid and conical inner ribs
ORHAN KEKLİKCİOĞLU
Doktora
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEYSEL ÖZCEYHAN
- Isı eşanjörlerinde nanoakışkan olarak grafen oksit kullanımının ısıl performansa etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the effect of the use of graphen oxide as nano fluid on thermal performance in heat exchangers
MUHAMMET KAHVECİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİnönü ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TARKAN KOCA