Ultra düşük sıcaklık uygulamaları için iç ısı değiştiricili yeni bir ejektör-destekli otomatik ardışık soğutma çevriminin ekserjetik analizi
Exergetic investigation of a novel ejector-enhanced auto-cascade refrigeration cycle with internal heat exchanger for ultra-low temperature applications
- Tez No: 939970
- Danışmanlar: DOÇ. DR. LÜTFİYE ALTAY, PROF. DR. ARİF HEPBAŞLI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
Bu tezde, düşük ve ultra düşük sıcaklıklarda çalışan otomatik ardışık (oto-kaskad) soğutma çevrimleri kapsamlı bir şekilde incelenmiş, literatürdeki mevcut sistemler sınıflandırılarak performans iyileştirmeye yönelik yapılan modifikasyonlar, kullanılan soğutucu akışkan karışımları ve analiz yöntemleri değerlendirilmiştir. Tezin temel amacı, ultra düşük sıcaklıklarda çalışan oto-kaskad çevrimlerde sıkça karşılaşılan düşük performans ve yüksek kompresör çıkış sıcaklıkları gibi sorunlara, basit yapılı bir sistemle çözüm sunmaktır. Bu amaçla, oto-kaskad ve kaskad çevrimlerinin entegrasyonu dört farklı konfigürasyonda analiz edilmiş ve iç ısı değiştiricili, ejektör destekli yeni bir oto-kaskad soğutma çevrimi önerilmiştir. Tez kapsamında geliştirilen modeller, –60 ℃ buharlaşma sıcaklığı ile 30 ℃ yoğuşma sıcaklığı arasında çalışmaktadır. Yüksek sıcaklık çevriminde R1234yf, düşük sıcaklık çevriminde ise zeotropik R170/R290 karışımı kullanılmıştır. Bu karışımın termofiziksel özelliklerinin hesaplanmasında NIST REFPROP, performans analizlerinde ise Engineering Equation Solver (EES) yazılımı kullanılmıştır. Enerji ve ekserji analizleri ile optimum performans koşulları belirlenmiş, ardından eksergoekonomik analizler yardımıyla sistemin ekserji tabanlı maliyet değerlendirmesi yapılmıştır. Son aşamada, ileri ekserji analizi kullanılarak sistem bileşenlerinin iyileştirme potansiyelleri değerlendirilmiştir. Model-I, kompresör çıkış sıcaklıklarını düşürmede etkili olmasına rağmen düşük enerji ve ekserji performansı sergilemiştir. Model-II, sistem performansını artırmış ancak yüksek kompresör çıkış sıcaklıklarını düşürmeyi başaramamıştır. Yenilikçi yapısıyla geliştirilen Model-III ve bu tez kapsamında önerilen iç ısı değiştiricili ejektör destekli Model-IV ise, kompresör çıkış sıcaklıklarını önemli ölçüde azaltmış ve sistem performansında kayda değer iyileşmeler sağlamıştır. Yapılan analizler sonucunda, önerilen çevrimin basit yapıdaki oto-kaskad sistemlere kıyasla performans katsayısında %297,9; ekserji veriminde ise %36,9 oranında artış sağladığı belirlenmiştir. En uygun çalışma koşullarında performans katsayısı 0,894; kompresör çıkış sıcaklığı ise 88,5 °C olarak hesaplanmıştır. Literatürdeki diğer ejektör destekli sistemlerle karşılaştırıldığında, önerilen çevrimin %44,5 ila %58,2 arasında daha yüksek ekserji verimi sunarak ultra düşük sıcaklık uygulamaları için üstün bir performans sergilediği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
In this thesis, auto-cascade refrigeration cycles that work at low and ultra-low temperatures are studied in detail. The existing systems in the literature are classified, and modifications to improve performance, refrigerant mixtures, and analysis methods are examined. The main aim of the thesis is to solve common problems of auto-cascade cycles working at ultra-low temperatures, such as low performance and high compressor discharge temperatures, by using a simple system structure. For this purpose, the integration of auto-cascade and cascade cycles is analyzed in four different configurations. A nowel auto-cascade cycle with an internal heat exchanger and ejector is proposed. The models developed in this study work between –60 ℃ evaporating temperature and 30 ℃ condensing temperature. R1234yf is used in the high-temperature cycle, and a zeotropic mixture of R170/R290 is used in the low-temperature cycle. NIST REFPROP is used to calculate the thermophysical properties of the refrigerant mixture, and Engineering Equation Solver (EES) software is used for performance analysis. Energy and exergy analyses are done to find the best working conditions. Then, exergoeconomic analysis is used to evaluate the cost performance based on exergy. Finally, advanced exergy analysis is used to understand the improvement potential of system components. Model-I is successful in reducing the compressor discharge temperature, but its energy and exergy performance is low. Model-II improves system performance but cannot reduce the compressor discharge temperature enough. Model-III, a new design, and Model-IV, which is proposed in this thesis and includes an ejector and internal heat exchanger, both significantly reduce the compressor discharge temperature and improve system performance. According to the analysis, the proposed system increases the coefficient of performance by 297.9% and exergy efficiency by 36.9% compared to simple auto-cascade systems. The best performance coefficient is 0.894, and the compressor discharge temperature is calculated as 88.5 °C. Compared to other ejector-enhanced systems in the literature, the proposed cycle shows 44.5% to 58.2% higher exergy efficiency, proving that it is a strong option for ultra-low temperature applications.
Benzer Tezler
- The lifespan comparison of an NMC811 pouch cell based high voltage battery with silicone and polyurethane foam usage
NMC811 poşet hücre tabanli bir yüksek voltajli bataryada silikon ve poliüretan sünger kullaniminin ömür karşilaştirmasi
SERHAT SOYER
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TURGUT GÜLMEZ
- Stimuli-responsive release of doxorubicin from layer-by-layer films of poly(2-isopropyl-2-oxazoline) and tannic acid
Poli(2-isopropil-2-oksazolin) ve tanik asit katman katman filmlerinden doksorubisin'in çevre koşullarına duyarlı salınımı
MELTEM HAKTANIYAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İREM EREL GÖKTEPE
- Ultra high heat flux cooling provided by flow boiling in microscale with enhancements using nanostructured surfaces
Mikro boyutlardaki yüzeyler üzerine nano-yapı kaplamaları ile çok yüksek ısı akısındaki akış kaynamasının geliştirilmesi
ALİHAN KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KOŞAR
- Mo-N kaplamaların ark fiziksel buhar biriktirme yöntemiyle üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterisation of Mo-N coatings by arc physical vapour deposition technique
M. KÜRŞAT KAZMANLI
- Kür koşulları ve yalıtımın yüksek dayanımlı betonların geçirimlilik, iç-yapı ve mekanik özeliklerine etkileri
Effects of curing conditions and insulation on permeability, microstructure and mechanical properties of high strength concrete
FATİH ÖZALP
Doktora
Türkçe
2016
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZKAN ŞENGÜL