Design and thermodynamic analysis of a magnetic refrigeration system onboard ship for near-room temperature applications
Bir gemide oda sıcaklığı civarındakı uygulamalar için manyetık soğutma sisteminin tasarımı ve termodinamık analizi
- Tez No: 1021505
- Danışmanlar: PROF. DR. CÜNEYT EZGİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gemi Mühendisliği, Marine Engineering
- Anahtar Kelimeler: Manyetik soğutma, Gadolinyum, Aktif Manyetik Regeneratör (AMR), Termodinamik analiz, Magnetic refrigeration, Gadolinium, Active Magnetic Regenerator (AMR), Thermodynamic analysis
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Piri Reis Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi Makineleri İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, oda sıcaklığına yakın deniz uygulamaları için tasarlanmış bir manyetik soğutma sisteminin tasarımı ve termodinamik performansını incelemektedir. Geleneksel buhar sıkıştırmalı sistemlerden farklı olarak, manyetik soğutma, manyetokalorik etki (MCE) ve gadolinyum gibi çevre dostu katı soğutucular kullanır. Bu malzemeler, değişen manyetik alanlara maruz kaldıklarında sıcaklık değişimi gösterirler. Çalışma, manyetik soğutmanın temel ilkelerini, manyetokalorik malzemeleri ve Aktif Manyetik Regeneratör (AMR) olarak bilinen çevrimi kapsayan ayrıntılı bir literatür incelemesi ile başlamaktadır. Laboratuvarda, manyetokalorik malzeme olarak gadolinyum kullanan masaüstü ölçekli deneysel bir sistem tasarlanmış ve geliştirilmiştir. Sistem, mekanik kontrol edilen bir manyetik alan kaynağı, bir ısı transfer döngüsü ve farklı alan şiddetlerinde sıcaklık değişimlerini izlemek için ölçüm cihazları içermektedir. Termodinamik performans göstergeleri olarak çevrim koşullarına bağlı olarak COP (Performans Katsayısı), soğutma kapasitesi ve entropi değişimi hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar, sistem optimizasyonu ve entegrasyon zorluklarının aşılması koşuluyla, manyetik soğutmanın özellikle enerji verimliliği, kompakt yapı ve çevresel etki açısından denizcilik ortamlarında önemli bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. 50 ile 80 mG arasında değişen manyetik alan güçlerine sahip deneysel koşullar altında sistem 2, 20°C'lik maksimum sıcaklık aralığına (ΔT) ulaştı. Performans katsayısı (COP) 0, 28 ile 2, 16 arasında değişti ve en yüksek soğutma kapasitesi optimum çalışma sırasında yaklaşık 1338 W'a ulaştı. Rejeneratör çevrimi boyunca entropi değişimi 90.35 J/kg·K olarak ölçüldü. Çalışma sıvısı, kararlı çalışma altında 5 ile 20 L/dakika akış hızını korudu ve sistem alan geçişine 300 saniyeden kısa sürede yanıt verdi. Bu çalışma, sürdürülebilir gemi soğutma teknolojileriyle ilgili literatüre katkı sağlamakta ve manyetik soğutma sistemlerinin denizcilik uygulamalarında pratik olarak uygulanabilirliğine dair önemli bilgiler sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis investigates the design and thermodynamic performance of a magnetic refrigeration system intended for near-room temperature applications on board ships. Unlike conventional vapor compression systems, magnetic refrigeration employs the magnetocaloric effect (MCE) and environmentally benign solid refrigerants, such as gadolinium, which exhibit temperature changes when subjected to changing magnetic fields. The study begins with a detailed literature review covering the fundamental principles of magnetic refrigeration, magnetocaloric materials, and the working cycle known as the Active Magnetic Regenerator (AMR). A bench-scale experimental system using gadolinium as the magnetocaloric material was designed and developed in the laboratory. The system includes a mechanically controlled magnetic field source, a heat transfer loop, and instrumentation to monitor temperature variation under different field strengths. Thermodynamic performance indicators such as the coefficient of performance (COP), cooling capacity, and entropy variation were calculated under varying cycle conditions. The results demonstrate that magnetic refrigeration has significant potential in marine environments, particularly in terms of compactness, energy efficiency, and ecological impact, provided that system optimization and integration challenges are addressed. Under experimental conditions with magnetic field strengths varying from 50 to 80 mG, the system achieved a maximum temperature span (ΔT) of 2.20°C. The coefficient of performance (COP) ranged between 0.28 and 2.16, and the peak cooling capacity reached approximately 1338 W during optimal operation. Entropy change across the regenerator cycle was measured at 90.35 J/kg·K. The working fluid maintained a flow rate of 5 to 20 L/min under stable operation, and the system responded to field switching in less than 300 seconds. The results of this research contribute to the growing body of research on sustainable onboard refrigeration technologies and offer insights into the practical viability of implementing magnetic cooling systems in maritime applications.
Benzer Tezler
- Design and development of Ni-based heusler alloys for magnetic refrigeration
Manyetik soğutucular için Ni-tabanlı heusler alaşımlarının tasarlanması ve geliştirilmesi
SEDANUR TORAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AMDULLA MEHRABOV
PROF. DR. M.VEDAT AKDENİZ
- Fe3O4/SiO2/PAM manyetik malzeme sentezi, adsorpsiyon ve elektrooksidasyon yöntemiyle atık sulardan organik ve inorganik maddelerin giderimi
Removal of organic and inorganic substances from wastewater by Fe3O4/SiO2/PAM magnetic material synthesis, adsorption and electrooxidation method
HUSEYN OSMAN
- Measurements of transport properties of polyacrylic systems using a gravimetric sorption method
Polimerlerin transport özelliklerinin gravimetrik yöntemle ölçülmesi
YILMAZ YÜREKLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Kimya Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SACİDE ALSOY ALTINKAYA
- Asenkron motorun ısıl modellemesi ve hava aralığındaki akışın ısınma üzerine etkisinin araştırılması
Thermal modelling of induction motor and investigation of air gap flow effect on temperature rise
HALİL NACİ TOP
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. HAKAN ÖKSÜZOĞLU
- Development of mathematical model of the low-voltage circuit breaker
Alçak gerilim devre kesicisinin matematiksel modelinin geliştirilmesi
MUHAMMED ENES KOCA
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiPeter The Great St. Petersburg Polytechnıc UnıversıtyElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. IURİİ MURASHOV