An experimental study on the performance of an adsorption cooling system and the numerical analysis of its adsorbent bed
Adsorpsiyonlu soğutma sisteminin performansı üzerinde deneysel bir çalışma ve sistemin adsorban yatağının sayısal analizi
- Tez No: 305803
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CEMİL YAMALI, PROF. DR. BİLGİN KAFTANOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 172
Özet
Bu çalımada, ilk olarak, zeolit su çalışma çiftine ait eş sıcaklık eğrileri adsorpsiyon ve desorpsiyonprosesleri için çeşitli zeolit sıcaklıkları ve su buharı basınçlarında deneysel olarakelde edilmiştir. Ayrıca, Dubinin-Astakhov adsorpsiyon denge denklemi elde edilen deney verilerineuyarlanmış ve bunun sonucunda adsorpsiyon ve desorpsiyon prosesinin yanı sıra heriki proseside kapsayan korelasyon denklemlerine ulaşılmıştır. Deneyler sonucunda doğal zeolitinmaksimum su buharı adsorplama kapasitesi, 40-150 oC zeolit sıcaklığı ve 0.87-7.38 kPasu buharı basıncı aralığında yaklaşık 0.12 kgsu/kgad olarak bulunmuştur. İkinci olarak, doğalzeolit-su çalışma çiftini kullanan termal enerji destekli adsorpsiyonlu örnek soğutma grubuüretilmiş ve bu soğutma grubunun performansı farklı buharlaştırıcı sıcaklıklarında deneyselolarak incelenmiştir. Adsorpsiyon sıcaklığının 45 oC, desorpsiyon sıcaklığının 150 oC,yoğuşturucu sıcaklığının 30 oC olduğu farklı buharlaştırıcı sıcaklıkları (22.5, 15 ve 10 oC)için prototip soğutma sisteminin ortalama COP değeri 0.25 olarak bulunmuştur. Prototipsoğutma sisteminin maksimum hacimsel özgül soğutma miktarı (SCPv) ve ortalama kilogramadsorban başına özgül soğutma miktarı (SCP) sırasıyla 5.2 kWm-3 and 7 Wkg-1 mertebesindedir.Üçüncü olarak, adsorpsiyonlu bir soğutma sisteminde mevcut olan adsorban yatağın dinamik davranışınıısı ve kütle transferi bakımından incelemek için, lokal hacimsel ortalama method kullanılarak zamanabağlı lokal olarak ısıl dengenin olmadığı, iç ve dış kütle transfer dirençlerinin dikkate alındığı bir sayısalmodel geliştirilmiştir. Son olarak, çeşitli tasarım parametrelerinin, silika jel/su çalışma çiftini kullananadsorpsiyonlu bir soğutma sisteminin silindirik adsorban yatağı içerisinde zamana bağlı sıcaklık, basınçve adsorpsiyon miktarı dağılımı üzerine olan etkileri bir ve iki boyutlu hesaplama sınırları için sayısal olarakaraştırılmıştır. Ayrıca, yatak içerisinde lokal ısıl denge modeli varsayımının geçerliliği verilen sınır ve tasarımkoşulları altında incelenmiştir. Genel olarak, incelenen koşullar için, lokal ısıl denge modelinin ve izo barikyatak varsayımının geçerliliği doğrulanmıştır. Söz konusu adsorban yatağın performansını iyleştirmek için,ısı transferi dirençlerinin ve dış (iç değil) kütle transfer dirençlerinin azaltılması yönünde uğraş verilmelidir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, firstly, the equilibrium adsorption capacity of water on a natural zeolite at severalzeolite temperatures and water vapor pressures has been experimentally determined for adsorptionand desorption processes. Additionally, the modified Dubinin-Astakhov adsorption equilibrium modelhas been fitted to experimental data and separate correlations are obtained for adsorption anddesorption processes as well as a single correlation to model both processes. Experimental resultsshow that the maximum adsorption capacity of natural zeolite is nearly 0.12 kgw/kgad for zeolitetemperatures and water vapor pressures in the range 40-150 oC and 0.87-7.38 kPa. Secondly, athermally driven adsorption cooling prototype using natural zeolite-water as working pair has beenbuilt and its performance investigated experimentally at various evaporator temperatures. Under theexperimental conditions of 45 oC adsorption, 150 oC desorption, 30 oC condenser and 22.5 oC, 15 oC and 10 oCevaporator temperatures, the COP of the adsorption cooling unit is approximately 0.25 and the maximumaverage volumetric specific cooling power density (SCPv) and mass specific cooling power density (SCP) ofthe cooling unit are 5.2 kWm-3 and 7 Wkg-1, respectively. Thirdly, in order to investigate the dynamicheat and mass transfer behavior of the adsorbent bed of an adsorption cooling unit, a transient localthermal non equilibrium model that accounts for both internal and external mass transfer resistances hasbeen developed using the local volume averaging method. Finally, the influence of several designparameters on the transient distributions of temperature, pressure and amount adsorbed inside thecylindrical adsorbent bed of an adsorption cooling unit using silica-gel/water have been numericallyinvestigated for the one and two dimensional computational domains. Moreover, validity of thethermal equilibrium model assumption has been shown under the given boundary and designconditions. Generally, for the conditions investigated, the validity of the local thermal equilibriumand spatially isobaric bed assumptions have been confirmed. To improve the performance ofthe bed considered, efforts should be focused on reducing heat transfer resistances andintra-particle mass transfer resistances but not inter-particle mass transfer resistances.
Benzer Tezler
- A study on COP improvement of a household refrigerator by using an adsorption heat pump
Adsorpsiyonlu ısı pompası kullanımı ile bir ev tipi buzdolabının etkinlik katsayısının arttırılması üzerine bir çalışma
GİZEM ARSLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MURAT BARIŞIK
PROF. DR. MOGHTADA MOBEDI
- An experimental and theoretical study on the improvement of adsorption heat pump performance
Adsorpsiyonlu ısı pompasının performansının geliştirilmesi üzerine deneysel ve teorik çalışma
HASAN DEMİR
Doktora
İngilizce
2008
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMRA ÜLKÜ
YRD. DOÇ. DR. MOGHTADA MOBEDİ
- Design and experimental testing of an adsorbent bed for a thermal wave adsorption cooling cycle
Bir ısıl dalga adsorpsiyonlu soğutma çevriminin adsorban yatağının tasarımı ve deneysel olarak test edilmesi
AHMET ÇAĞLAR
Doktora
İngilizce
2012
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEMİL YAMALI
DOÇ. DR. DEREK K. BAKER
- Gemilerde kullanılan seçici katalitik indirgeme sistemlerinde tortu oluşumunun ve azot oksit indirgeme performanslarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of urea-deposit formation and nitrogen oxide reduction performances in selective catalytic reduction systems used on marine vessels
TALAT GÖKÇER CANYURT
Doktora
Türkçe
2023
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN
- High-rate activated sludge process for energy efficient wastewater treatment
Enerji verimli atıksu arıtımı için yüksek yüklemeli aktif çamur prosesi
HAZAL GÜLHAN
Doktora
İngilizce
2023
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İZZET ÖZTÜRK