İki kapılı buzdolabında soğuma sürecinin deneysel ve sayısal incelenmesi
An experimental and numerical investigation of cooling process on a two door household refrigerator
- Tez No: 673589
- Danışmanlar: DOÇ. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 91
Özet
Günümüzde buzdolapları, evler için vazgeçilmez bir ihtiyaçtır ve evlerin enerji sarfiyatının büyük bir kısmını oluşturmaktadır. Bu sebeple buzdolapları, beyaz eşya üreticileri için iç sıcaklık ve enerji tüketimi konularında sürekli bir optimizasyon problemi oluşturmaktadır. Bu çalışmada iki kapılı bir buzdolabının sanal bir ikizinin nasıl yaratılabileceği ve oluşturulacak bu modelin gerçek sonuçlarla uyumlu olup olmadığı sayısal ve deneysel olarak araştırılmıştır. Oluşturulan 3 boyutlu Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği modeli her iki kabin için hava dağıtım sistemi ve kabin içi sıcaklık dağılımı konuları özelinde incelenmiştir. Ayrıca model buharlaştırıcı modellemesi konusunda literatür çalışmalarına kıyasla birtakım yenilikler barındırmaktadır. Çalışmanın ikinci kısmında dolabın hava dağıtım sistemi ve çalışma debilerini belirlemek için yapılan rüzgâr tüneli deneyleri ve kabin içi sıcaklıklarını belirlemekle birlikte çalışma algoritmasını ortaya dökmek amacıyla sıcaklık bakımından şartlandırılmış bir odada farklı ortam ve ayar sıcaklıklarında yapılan deneyler incelenmiş, yapılan deneylerde kullanılan test elemanları anlatılmıştır. Çalışmanın üçüncü kısmında oluşturulan 3 boyutlu sayısal modelin HAD metodolojisi incelenmiş, sayısal çözüm ağı, model oluşturulurken kullanılan sınır koşulları ve çözüm modelleri ve algoritmaları anlatılmış ve yapılan varsayımlardan bahsedilmiştir. Çalışmanın üçüncü ve son bölümünde ise hem deneysel hem de sayısal çalışmaların çıktıları incelenmiş, elde edilen sonuçlar birbiriyle karşılaştırılmış ve oluşturulan sayısal modelin eksileri ve artıları tartışılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre hava dağıtım sistemine ait deneysel ve sayısal sonuçlar birbirleriyle uyum içerisindedir. Kabin içi sıcaklıklar incelendiğinde ise taze gıda kabininde kabin raflarına ait ortalama sıcaklıklar maksimum 1.1°C, dondurucu için ise maksimum 2°C'lik bir hata ile tespit edilebilmektedir. Dolabın çalışma ve durma süreleri de incelendiğinde elde edilen sıcaklık sonuçları deneysel sonuçlarla uyumludur.
Özet (Çeviri)
Today, refrigerators are an indispensable need for homes and constitute a large part of the energy consumption of homes. For this reason, refrigerators create a constant optimization problem for white goods manufacturers in terms of internal temperature and energy consumption. When the studies in the literature are investigated, although the air distribution and temperature distribution in refrigerators are examined, there is no CFD model for the whole refrigerator, which includes vapor cycle effects. Although CFD studies for refrigerators gave close values on issues such as average temperature inside the cabinet, these studies remained far from obtaining a detailed temperature analysis as a result of the assumptions made. In this study, how a virtual twin of a refrigerator can be created and whether this model to be created is compatible with real results was investigated numerically and experimentally. The 3D CFD model created has been examined specifically for the air distribution system and interior temperature distribution for both cabins. In addition, the model contains some innovations in the evaporator modeling compared to the literature studies. Another purpose of this model is to calculate the interior temperatures of the refrigerator and the air distribution system at a very low error rate compared to the reality, and to reveal the results of a change or effect on the refrigerator over time without the need for a physical prototype or experiment. This means both financial and time savings for refrigerator manufacturers. In the second part of the study, the wind tunnel experiments performed to determine the air distribution system and operating flow rates of the cabinets. Wind tunnel tests were carried out in two different sizes of wind tunnels. The purpose of these tests is to determine the operating flow rates of refrigerator fans and to extract the operating curves of these fans. Thus, appropriate boundary conditions will be used for the CFD model. In addition, a temperature test matrix was created and temperature tests were carried out to determine the operating temperatures and performance of the refrigerator xvii in different situations. The temperature experiments conducted in a temperature and moisture conditioned room at different ambient and set temperatures in order to reveal the working algorithm as well as to determine the interior temperatures. Temperature experiments were carried out with 35 thermocouples placed on the refrigerator. These thermocouples are placed on the shelves in fresh food and freezer cabinets, on the evaporator surfaces and at the air suction and blowing places. In the third part of the study, the CFD methodology of the 3-dimensional numerical model was examined. Preparation of analysis geometry, meshing studies and grid independency, models and algorithms used in the solution are discussed in this section. The boundary conditions, the algorithm evaporator model which is dependent to time and assumptions used while creating the model also were mentioned in this section. The k-ω SST turbulence model is used for flow field. Flow equations are solved steady-state however, the energy equations are solved in transient. The time step for transient analysis was 60 seconds to be compatible with experimental studies. For grid independence, three different mesh structures with 14 million, 20 million and 24 million elements were examined and the best results were obtained in a structure with 24 million elements. Natural convection and radiation effects are ignored in order to have less effect on the heat transfer and reduce the computational power. In the fourth and last part of the study, the outputs of both the experimental and the numerical studies were examined, the results obtained were compared with each other and the pros and cons of the numerical model created were discussed. According to the results obtained, the experimental and numerical results of the air distribution system are in agreement with each other. A difference of 2% in a fresh food cabinet and a 5% difference in a freezer cabinet was found between the experimental and numerical studies on air flow. When the cabin temperatures are examined, average temperatures of the cabin shelves in the fresh food cabinet can be detected with an error of maximum 1.1°C and a maximum of 2°C for the freezer. When the working and stopping times of the cabinet are examined, the obtained temperature results are consistent with the experimental results. Run times obtained experimentally in the fresh food cabinet are quite compatible with the numerical results. The working and stopping times of the refrigerator were found to be very close to each other. Although the working time obtained experimentally in the freezer food cabinet was compatible with CFD in total, the working and stopping times differed from each other. The main reason for this situation is that the generated User Defined Function code cannot simulate the freezer cabinet working algorithm. In addition, at the end of the fourth part, some suggestions have been made to increase the performance and accuracy of this virtual twin. Among these suggestions, the most important are modeling the rotational effects of the fan, adding natural convection and radiation effects to the model and adding the working algorithm of the freezer cabinet to the UDF in case the cabinets work together.
Benzer Tezler
- Comparative evaluations of traditional house to achieved passive house standard in terms of global warming potential and energy efficiency
Geleneksel ev ile ulaşılan pasif ev standardının küresel ısınma potansiyeli ve enerji verimliliği açısından karşılaştırılması
SİMGE VAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE SÖZER
- Buzdolabında çok eksenli menteşe mekanizması tasarımı
Multi-axis hinge mechanism design on refrigerator
MÜRVET SARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. VEDAT TEMİZ
- Yan yüzeyi açık prizmatik bir boşlukta doğal taşınım
Natural convection in a rectangular open cavity
AYLA DURMUŞ
Doktora
Türkçe
2006
Makine MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİCAN DALOĞLU
- Benzer özellikli çift ve tek kompresörlü ev tipi buzdolaplarının enerji indeksine göre deneysel karakterizasyonu
Experimental characterization of single and dual compressor domestic refrigerators with similar feature according to energy index
ALPER AKDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELİN ARADAĞ ÇELEBİOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR BAYER
- Karlanmanın buzdolabı buharlaştırıcısı performansına etkisinin teorik ve deneysel olarak incelenmesi
Theoretical and experimental investigation of frost formation effects on household refrigerator evaporator performance
TOLGA NURETTİN AYNUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. NİLÜFER EĞRİCAN