Duran dalga termoakustik soğutucularda yığın malzemesi termofiziksel özelliklerinin termoakustik dönüşüme etkilerinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical analysis of the effects of the thermophysical properties of stack material on thermoacoustic conversion in standing wave thermoacoustic refrigerators
- Tez No: 588141
- Danışmanlar: PROF. DR. HAŞMET TÜRKOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 111
Özet
Akustik dalga enerjisini kullanarak ısı pompalayan cihazlara termoakustik soğutucular adı verilir. Termoakustik soğutucular, hareketli parçalar ve doğaya zararlı akışkanlar içermezler ve uzun süre bakım gerektirmezler. Buna karşın, geleneksel soğutma çevrimlerinin yerini alacak performansa henüz sahip değildirler. Termoakustik soğutucularda akustik ve termal enerjiler arasındaki dönüşüm yığın adı verilen elemanda gerçekleşir. Dolayısıyla yığınların tasarımı termoakustik soğutma performansı bakımından kritiktir. Literatürde yığın malzemesi üzerine çalışmalar sınırlı sayıdadır. Bu tez çalışmasında yığın malzemesi termofiziksel özelliklerinin (yoğunluk, özgül ısı, ısıl iletkenlik, efüzivite ve difüzivite) akış alanına ve termoakustik dönüşüm performansına etkileri incelenmiştir. Bu araştırma için paralel plakalı yığına sahip, duran dalga termoakustik soğutucu göz önüne alınmıştır. Tek bir yığın plakası ve etrafındaki akışın matematik modeli oluşturulmuş ve sayısal olarak çözülmüştür. Yığın malzemesi olarak, PVC, naylon, polietilen, polyamid ve polipropilen olmak üzere beş farklı malzeme incelenmiştir. Sayısal çözümlerden elde edilen sonuçlar literatürden iki farklı çalışma ve tez kapsamında önerilen yeni bir yöntem ile doğrulanmıştır. Önerilen yeni yöntemde, doğrusal akustik teorisinden elde edilen basınç dağılımı doğrulama referansı olarak kullanılmıştır. Yeni doğrulama yöntemi, çözüm alanı uzunluğunun, termoakustik soğutucuların sayısal çözümlerinin doğruluğuna etki eden bir parametre olduğunu göstermiştir. Termofiziksel özelliklerinin termoakustik dönüşüm performansına etkilerini ortaya koymak için soğutma performansının termofiziksel özelliklere bağlı olarak değişimi analiz edilmiştir. Isıl iletkenlik, soğutma performansı üzerinde birinci sırada etkiye sahipken, ısıl iletkenlik ve özgül ısının bir arada değişimi ikinci sırada yer almıştır. Yığın malzemesinin efüzivitesi ve difüzivitesi arasındaki ilişkinin performans bakımından önemli olduğu gözlenmiştir. Yüksek soğutma performansı için efüzivite/difüzivite oranının optimum değeri olduğu ortaya konulmuştur.
Özet (Çeviri)
The devices that pump heat using acoustic waves are called thermoacoustic refrigerators. Thermoacoustic refrigerators do not have any moving parts and they work without ecologically harmful gases. However, their cooling performance is still low relative to the conventional systems. The conversion between acoustic and thermal energies occur in a component called stack. Therefore, the design of the stack is crucial for thermoacoustic devices. In this dissertation, the effects of thermophysical properties (density, specific heat, thermal conductivity, effusivity and diffusivity) of the stack material on the flow field and the thermoacoustic conversion were studied. For this study, a standing wave thermoacoustic cooler with a parallel plate stack was considered. A mathematical model for a single stack plate was developed and solved numerically. Five different materials that consist of PVC, polyamide, nylon, polyethylene and polypropylene were studied. The results obtained from numerical solutions were verified with two similar studies from the literature and with a newly proposed verification technique in the dissertation. In this new technique, the pressure field for standing wave obtained from linear acoustics theory was used as the reference. The new verification study showed that, the length of the solution domain affects the numerical results. Hence, the optimum value of the computational domain length should be determined before the simulations. To put forward the effects of thermophysical properties of the stack on the cooling performance, the variation in the COP with the thermophysical properties was analyzed. The analyses showed that thermal conductivity of the stack has the strongest effect on the COP, whilst, the change in both conductivity and specific heat together has the second most importance on the COP. Also, it was found that the relation between the effusivity and the diffusivity is also crucial for the cooling performance, and there is an optimum value for the effusivity/diffusivity ratio to obtain the maximum cooling performance.
Benzer Tezler
- Range evaluation of the anechoic chamber in ASELSAN inc
ASELSAN'da bulunan yankısız odanın performansının değerlendirilmesi
SERHAT SALİH ERZİN
Yüksek Lisans
İngilizce
1991
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiY.DOÇ.DR. S. SENCER KOÇ
- Akustik kitle dalga esasına dayanan rezonatörlerin analizi ve tasarımı
Analysis and design of acoustic bulk wave resonators
EMİR TUFAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. ERGÜL AKÇAKAYA
- Numerical modeling of wave-induced liquefaction around a gravity-based structure
Bir ağırlık yapısı etrafında dalga kaynaklı sıvılaşmanın sayısal modellemesi
MERT ANGIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiKıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEYSEL ŞADAN ÖZGÜR KIRCA
- Yere nüfuz eden radar sistemi ile gömülü hedef tespiti ve modellenmesi
Embedded target detection and modeling wi̇th ground penetrating radar system
ALİ ŞÖLEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiElektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SİBEL YENİKAYA
- Free atoms in ratiation pressure:The deflection of sodium atomic beam by tunable laser radiation
Başlık çevirisi yok
REFİ MURAT NAKİBOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
1990
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUNCAY İNCESU