Hermetik pistonlu kompresörlerde egzoz hattı kayıplarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of exhaust line losses in hermetic reciprocating compressors
- Tez No: 794717
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ PINARBAŞI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Isı Proses Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 265
Özet
Hermetik pistonlu kompresörler ev tipi buzdolaplarında soğutma çevrminin kalbi olarak çalışan cihazlardır. Bu tip cihazlar, ASHRAE (54.4°C/-23.3°C) ve belli başlı buzdolabı çalışma şartlarında farklı devirlerde sıklıkla çalıştırılmaktadır. Bu çalışma kapsamında ev tipi buzdolaplarında kullanılan hermetik pistonlu kompresörlerin egzoz hattı termodinamik kayıpları, egzoz ve silindir basınçları ile egzoz valf yaprağının yer değiştirme hareketi deneysel ve FSI yöntemiyle nümerik olarak incelenmiştir. Tez çalışması beş ana bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde hermetik pistonlu kompresörler için literatürde yapılan çalışmalar incelenmiştir. Bu kapsamda yapılan çalışmalar deneysel çalışmalar ve nümerik/modelleme çalışmaları olmak üzere iki alt bölümde verilmiştir. İkinci bölümde hermetik pistonlu kompresörler, bileşenleri ve verim parametrelerinden bahsedilmiştir. Üçüncü bölümde ise deneysel olarak hermetik pistonlu kompresörün performans parametrelerinden olan kütle debisi, soğutma kapasitesi ve çekilen gücün elde edilmesi, kompresör üzerinden belirlenen noktalardan sıcaklık ölçümleri, pV indikatör diyagramın elde edilebilmesi için gerekli deneyler, kalibrasyon ve yapışma kuvvetinin ölçülmesi proseslerinen bahsedilmiştir. Üçüncü bölümde ayrıca, FSI yöntemi için gerekli olan modelleme parametreleri ve yöntemin detaylarından da bahsedilmiştir. Dördüncü bölümde, deneysel ve FSI yöntemi ile elde edilen egzoz plenum basıncı, silindir basıncı ve egzoz valf yaprak yer değiştirmesinin krank açısına göre değişimi ile pV indikatör diyagramı sonuçları 1300, 2100, 3000 rpm kompresör hızları, 0.127, 0.152, 0.178 ve 0.2 mm egzoz valf yaprak kalınlığı, 0.8, 1.05 ve 1.25 mm tahdit yüksekliği ile 14.722, 16.222 ve 17.722 mm egzoz valf yaprak uzunluk tasarım girdileri için parametrik analiz sonuçları açıklanmıştır. Elde edilen sonuçlar Cevap Yüzey Yöntemi (CYY) ve egzoz hattı termodinamik kayıpları etkileyen ana parametreler yöntemi kullanılarak da açıklanmıştır. Son bölümde ise çalışmanın sonuçları ve öneriler sıralanmıştır. Bu tez çalışmasının nümerik kısmında geleneksel analiz yazılımlarından farklı olarak CONVERGE yazılımı kullanılmış ve soğutucu akışkan ile katı parçalar arasında FSI yöntemi kullanılarak çözüm sağlanmıştır. Kütle debisi sayısal sonuçlarının deneysel verilere 1300, 2100 ve 3000 rpm kompresör hızları için yakınsaması sırasıyla %12,1, %9,1 ve %9,4'lük varyanslar tespit edilmiştir. Sıkıştırma gücü açısından, belirtilen üç kompresör hızı arasındaki farklar sırasıyla -%0,3, %2,6 ve %11'dir. egzoz hattı enerji kayıpları incelendiğinde, belirtilen hızlar için hesaplanan fark %14,9, -%3,6 ve %7,9'dur. Hermetik pistonlu kompresörlerde performans parametreleri ve egzoz hattı termodinamik kayıpları incelendiğinde, kayıpları etkileyen en önemli parametrenin kompresör hızı olduğu görülmüş olup, kompresör hızının artmasıyla egzoz hattı enerji kayıplarının arttığı tespit edilmiştir. Diğer tasarım parametreleri sabit tutulduğunda, kompresör hızının 1300 rpm'den 3000 rpm'e çıkarılması durumunda egzoz hattı termodinamik kayıplarının 8 kata kadar artabileceği görülmektedir. Bu nedenle değişken devirli kompresörlerde performans incelemesi yaparken farklı hızların da dikkate alınması gereklidir. Egzoz valf uzunluğu, valf kalınlığı ve tahdit yüksekliği parametreleri kompresör hızı parametresi yanında minör etkiye sahiptir. Diğer tasarım parametreleri sabit tutulduğunda egzoz valf yaprak uzunluğunun değiştirilmesiyle egzoz hattı enerji kayıplarının %15'e kadar artabileceği tespit edilmiştir. egzoz hattı enerji kayıplarını etkileyen bir diğer parametre olan egzoz valf yaprak kalınlığının 0.127 mm'den 0.2 mm'ye çıkarılması durumunda %30 değerine kadar artışlar görülebilmektedir. Egzoz hattı termodinamik kayıplarını etkileyen bir diğer parametre ise tahdit yüksekliği olup, tahdit yüksekliğinin 1.25 mm'den 0.8 mm değerine azaltılması durumunda egzoz hattı enerji kayıplarının göreceli olarak %15 oranında arttığı tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Hermetic reciprocating compressors serve as the central component of the cooling cycle in residential refrigerators. These devices are frequently run at varied processes under ASHRAE (54.4°C/-23.3°C) and particular refrigerator operation circumstances. This study performed a numerical analysis of the discharge line thermodynamic losses, discharge and cylinder pressures, and discharge reed valve displacement of hermetic reciprocating compressors. These compressors are used in domestic refrigerators. The study made use of FSI and experimental methodologies. There are five critical components to the thesis. In the first section, investigations of hermetic reciprocating compressors are analyzed in the literature. Experimental studies and numerical/modeling studies are provided as subheadings for the research conducted on this subject. The second section discusses hermetic reciprocating compressors and their components and efficiency factors. In the third chapter, the performance parameters of the hermetic piston compressor, including mass flow rate, cooling capacity, obtaining the drawn power, temperature measurements from the points determined on the compressor, experiments required to obtain the pV indicator diagram, calibration, and adhesion force measurement, are discussed. The third chapter discusses the modeling parameters necessary for the FSI approach and the method's specifics. In the fourth chapter, the results of the pV indicator diagram with the variation of the discharge plenum pressure, cylinder pressure, and discharge reed valve displacement according to the crank angle obtained using the experimental and FSI method, 1300, 2100, and 3000 rpm compressor speeds, 0.127, 0.152, 0.178, and 0.2 mm discharge valve, are presented. Based on the findings, an explanation of the reed valve thickness, the lift limiter heights of 0.8, 1.05, and 1.25 mm, and the discharge reed valve lengths of 14.723, 16.222, and 17.722 mm are provided as design inputs for parametric analysis. The results are described using the Response Surface Method and the main effect plot of the discharge line thermodynamic losses. In the final section, the results and recommendations of the study are listed. In the numerical section of this thesis, instead of standard analysis software, the CONVERGE program was employed, and the FSI approach was used to offer a solution between the refrigerant and solid components. Variances of 12.1%, 9.4%, and 9.4%, respectively, were determined for the convergence of numerical mass flow findings to experimental data for compressor speeds of 1300, 2100, and 3000 rpm. The changes in compression power between the three stated compressor speeds are -0.3%, 2.6%, and 11%, respectively. Examining the discharge line losses yields differences of 14.9%, -3.6%, and 7.9% at the specified speeds. Examining the performance parameters and discharge line thermodynamic losses in hermetic reciprocating compressors reveals that the compressor's speed significantly impacts the losses. It has been determined that the losses grow as the compressor's speed increases. If the compressor speed is increased from 1300 rpm to 3000 rpm, the discharge line thermodynamic losses can increase by up to eight times, assuming all other design parameters remain unchanged. For this reason, it is vital to consider different speeds while performing performance analysis on variable-speed compressors. In addition to the compressor speed parameter, the discharge valve length, valve thickness, and limit height parameters have a minimal impact. It has been discovered that discharge line losses can increase by up to 15% if the discharge reed valve length is altered while all other design parameters remain unchanged. If the discharge reed valve thickness, another parameter impacting discharge line losses, is increased from 0.127 mm to 0.2 mm, up to 30% increases can be observed. Restraint height is an additional factor that affects the discharge line thermodynamic losses, and it has been discovered that the discharge line losses rise by 15% when the restraint height is decreased from 1.25 mm to 0.8 mm.
Benzer Tezler
- Kompakt değişken kapasiteli kompresör için soğutma kapasitesi artışının sayısal ve deneysel incelenmesi
Numerical and experimental investigation of increasing cooling capacity for compact variable capacity compressor
SEMİH GÜREL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERTAÇ ÇADIRCI
- Hermetik pistonlu kompresörlerde egzoz hattı basınç salınımlarına etki eden parametrelerin deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of parameters affecting discharge line pressure pulsations in hermetic reciprocating compressors
İSMAİL YEŞİLAYDIN
Doktora
Türkçe
2018
EnerjiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LATİFE BERRİN ERBAY
- Kompesör gaz akış hattı optimizasyonu
Compressor gas flow line optimization
ALPEREN EKEMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ PINARBAŞI
- Numerical and experimental study of fluid structure interaction in a reciprocating piston compressor
Pozitif deplasmanlı pistonlu bir kompresörde akışkan yapı etkileşiminin sayısal ve deneysel incelenmesi
UMUT CAN COŞKUN
Doktora
İngilizce
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAYRİ ACAR
PROF. DR. HASAN GÜNEŞ
- Ev tipi soğutucu kompresörlerde çıkış hattında akış kaynaklı kayıpların incelenmesi
Investigation of flow losses through discharge line of household type refrigerator compressors
İSMAİL YEŞİLAYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
EnerjiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. L. BERRİN ERBAY