Yıkayıcı kurutucu kondenser modellerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of washer dryer condenser models
- Tez No: 944864
- Danışmanlar: PROF. DR. HANİFE TUBA OKUTUCU ÖZYURT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim ve Teknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 225
Özet
Bu tez kapsamında günümüzde hızla kullanılmaya başlayan ve yüksek enerji tüketimi olan yıkayıcı kurutucu makinelerdeki enerji verimliliğine iyileştirmeye yönelik bir çalışma hedeflenmiştir. Bu amaçla mevcut ürün ve kurutma makineleri üzerindeki literatür incelendikten sonra makine üzerindeki nemli havanın nemini almak için tasarlanan kondenser bölümü üzerinde bir çalışma kararı verilmiştir. Kondenserdeki nem alma veriminin artırılması amacı ile başlanan bu çalışmada kondenserdeki ısı ve kütle geçişi artırılmasıyla yoğuşma performansının iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Bu doğrultuda ısı geçişini artırıcı yönde etkisi olan kanatçık yapıları eklenerek kondenser bölgesi yeniden tasarlanmıştır. Temel hedef çamaşırdan suyu daha hızlı buharlaştırmak için havanın nemini kondenser bölgesinde daha hızlı bir şekilde bırakmasıdır. Çamaşırdan daha hızlı atılan su buharı makineyi sürekli ısıtan ısıtıcının daha az çalışması anlamına gelmektedir. Kondenserdeki farklı kanat yapılarının ısı ve kütle geçişi üzerindeki etkisini incelemek üzere öncelikle hava akış simülasyonları gerçekleştirilerek üretim ve testlere uygun modeller belirlenmiştir. Akış analizlerinde yüzey alanını artırmanın basınç kaybı oluşturduğu ve akışı genel olarak olumsuz etkilediği de görülmektedir. Fakat akışın daha karmaşık bir hal alarak anlık türbülans bölgeleri oluşturması ve bu noktalarda ısı geçişinin artması, sistemdeki yoğuşmanın hızlanması ve enerji verimliliğin sağlanması hedeflenmiştir. Bu kapsamda yapılan tasarımlardan 4 adedi prototip kondenser olarak üretilmiş ve deneylere alınmıştır. Ayrıca orijinal modelin de testleri yapılarak verimli bir karşılaştırma hedeflenmiştir. Testler sırasında mevcut teorik hesaplamaların yapılması için kondenserdeki nem ve sıcaklık değerinin bilinmesi gerekmektedir. Ayrıca kondenser sistemi havanın geçtiği içi boş bir kanal sisteminde iken bu bölme sürekli sisteme alınan soğutma suyu ile soğutulmaktadır. Sürekli su verilen bu bölgeye elektronik sensörün uygun konumda bağlanması da veri sağlığı açısından büyük öneme sahiptir. Havanın sıcaklık ve nem verisi nem sensörü üzerinden okunurken, ayrıca nem sensörü üzerine takılan ısıl çift ile de sıcaklık çift kontrollü şekilde ilerlemektedir. Ayrıca mevcut kondenserin hava ile temas eden 5 yüzeyi üzerine de bağlanan ısıl çiftler ile yüzey sıcaklıkları zamana bağlı sürekli alınmaktadır. Bu noktada nem sensörü ve havanın debisinin rüzgar tünelinde ölçülerek bilinmesiyle kondenserdeki havanın enerji değişimi biliniyor olup bu ısının nasıl dağıldığını hesaplamak için makinenin altına koyulan bütün tahliye suyunu tutan kovanın içerisine su sıcaklığını ölçmek için de bir adet ısıl çift koyulmaktaydı. Ayrıca buradaki kovanın anlık olarak terazi üzerinde okunarak veri sistemine aktarılmasıyla sensörün sağladığı bilgiler ile kütle korunumu teyit edilmekteydi. Enerji denklemleri çözülerek sisteme giren enerjinin kondenserde ve tamburdaki dağılımı çıkarılırken sistemin yoğuşma verimi spesifik yoğuşturma oranı ile açıklanmıştır. Buradaki enerji değerinin toplam enerji tüketiminden ziyade kondenserdeki enerji değişimi olduğunun vurgulanması büyük öneme sahiptir. Çünkü burada sistem bir döngü halinde çalışmaktadır ve kondenserde emilmeyen enerji çamaşırdaki su buharını almak için kullanılır. Bu amaçla kondenserdeki ısı geçişinden ziyade ısı geçiş miktarına bağlı kütle değişimi enerji verimliliği üzerinde daha büyük bir rol oynamaktadır. Bu sebeple enerji denklemleri üzerinden hesaplanan ısı geçişi, kütle geçişi ve taşınım katsayılarının büyüklüğü enerji verimliliğine tek başına yetecek bir parametre olmamaktadır. Taşınım katsayısı ifadesi ise sıcaklığa bağlı bir parametre iken testler boyunca yüzeylerin sabit bir noktasından sıcaklık verisi alınırken değişen hava akışı düşünüldüğünde bu ifade farklı yüzeylerdeki farklı akış yoğunluğuna bağlı olarak yanıltıcı bir sonuç doğurabilmektedir. Çünkü sıcaklık farkını artırmak amaç olsa da ısı geçişinin sabit kalması taşınım katsayı değerini düşürmektedir. Fin5 örneğinde sıcaklık farkı en fazlayken ısı geçiş değeri daha düşük kalmaktadır. Fakat bu ısı geçiş değerlerinde daha yüksek yoğuşturma performansı da sağladığı gözlemlenmiştir. Düşük ısı geçişi ve yüksek sıcaklık farkı sebebiyle ısı transfer katsayısı düşük çıkabilmektedir. Fakat buradaki ısı geçiş miktarının düşük olması akışın sıcaklığının düşük kalmasıyla ilgili olup düşük sıcaklıklarda ısıtıcıdan gelen enerji ile çamaşıra aktardığı enerji sayesinde suyu buharlaştırabilirken bu suyu kondenserde daha fazla yoğuşturabildiği için düşük sıcaklıklarda yüksek ısı ve kütle geçiş performansı gerçekleştirmiştir. Bu durumun sebebinin gelen enerjinin görünür ısıdan ziyade gizli ısı şeklinde olduğu kısaca yorumlanmaktadır. Tez kapsamında ayrıca test verilerinden gelen sıcaklık ve nem bilgilerine göre ANSYS Fluent yazılımındaki modeller beslenerek, kullanılan bir ısı geçiş modeli ile test ve analiz sonuçlarının karşılaştırılması gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak 1 adet orijinal (kanatçıksız), 4 adet farklı kanatçıklara sahip kondenser modeli incelenmiş en verimli model fin5 yapısı olurken en verimsiz model fin6 yapısı olmuş, fin2 ve fin4 yapılarının finsiz yapı ile benzer sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Ayrıca fin2 yapısının prototipleme kaynaklı hatası sebebiyle testlerin beklenen etkiyi yapmadığı görülmüştür. Makinedeki içerisindeki enerji döngüsü içerisindeki kondenserin enerji verimliliğine etkisi ısı geçiş ve boyutsuz ifadeler ile anlatılmakla beraber makinenin toplam enerji verimliliğinden bahsederken sadece ısı geçiş miktarlarının belirleyici olmadığı ayrıca iç kısımdaki çamaşır ile hava arasındaki ısı geçiş modelinin de kritik bir öneme sahip olduğu değerlendirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Within the scope of this thesis, a study aimed at improving the energy efficiency of washer dryer machines, which are rapidly starting to be used today and have high energy consumption. For this purpose, after examining the literature on existing products and dryers, a study decision was made on the condenser section designed to dehumidify the humid air on the machine. In this study, which was started with the aim of increasing the dehumidification efficiency in the condenser, it was aimed to improve the condensation performance by increasing the heat and mass transfer in the condenser. In this direction, the condenser section was redesigned by adding fin structures that increase heat transfer. The main goal is to evaporate water from the laundry faster so that the air leaves its moisture in the condenser section more quickly. Water vapor released faster from the laundry means that the heater, which constantly heats the machine, works less. In order to examine the effect of different fin structures in the condenser on heat and mass transfer, air flow simulations were first performed and models suitable for production and tests were determined. In flow analyses, it is also seen that increasing the surface area creates pressure loss and generally negatively affects the flow. However, it is aimed that the flow becomes more complex, creating instantaneous turbulence zones, increasing heat transfer at these points, accelerating condensation in the system and ensuring energy efficiency. In this stage, various condenser designs were explored in pursuit of an optimal configuration. Each design was evaluated through preliminary analyses conducted in ANSYS Fluent prior to prototyping. The main focus of these simulations was the pressure difference, although surface contact areas were increased in the new designs to enhance heat transfer performance. Based on the observed fluid flow behavior and pressure variations within the condenser during the simulations, key inferences were made. Guided by the results of these preliminary analyses, the prototyping and manufacturing phase commenced using a 3D printer to produce condensers featuring novel fin structures. Within this scope, 4 of the designs were manufactured as prototype condensers and were put into experiments. In addition, the original model was tested and an efficient comparison was aimed. During the tests, the humidity and temperature values in the condenser must be known in order to make the current theoretical calculations. In addition, while the condenser system is a hollow channel system where air passes, this section is continuously cooled with the cooling water taken into the system. Connecting the electronic sensor to this area where water is continuously given is also of great importance in terms of data health. While the temperature and humidity data of the air is read via the humidity sensor, the temperature is also progressed in a double-controlled manner with the thermocouple attached to the humidity sensor. In addition, the surface temperatures are continuously taken depending on time with the thermocouples attached to the 5 surfaces of the existing condenser that are in contact with the air. At this point, the energy change of the air in the condenser is known by measuring the humidity sensor and the air flow rate in the wind tunnel, and in order to calculate how this heat is distributed, a thermocouple was placed in the bucket that holds all the discharged water placed under the machine to measure the water temperature. In addition, the information provided by the sensor was confirmed with the instantaneous reading of the bucket on the scale and its transfer to the data system. By solving the energy equations, the distribution of the energy entering the system in the condenser and the drum was obtained, while the condensation efficiency of the system was explained with the specific condensation rate. It is of great importance to emphasize that the energy value here is the energy change in the condenser rather than the total energy consumption. Because here the system works in a cycle and the energy not absorbed in the condenser is used to remove the water vapor in the laundry. For this purpose, the mass change depending on the amount of heat transfer rather than the heat transfer in the condenser plays a greater role in energy efficiency. For this reason, the magnitude of the heat transfer, mass transfer and convection coefficients calculated over the energy equations is not a parameter that is sufficient for energy efficiency on its own. While the convection coefficient expression is a temperature-dependent parameter, when the temperature data is taken from a fixed point of the surfaces throughout the tests, when the changing air flow is considered, this expression may produce a misleading result depending on the different flow densities on different surfaces. Because although the aim is to increase the temperature difference, the heat transfer remaining constant reduces the convection coefficient value. In the Fin5 example, when the temperature difference is the highest, the heat transfer value remains lower. However, it has been observed that it also provides higher condensation performance at these heat transfer values. The heat transfer coefficient may be low due to low heat transfer and high temperature difference. However, the low heat transfer amount here is related to the low temperature of the flow, and while it can evaporate water thanks to the energy coming from the heater and the energy it transfers to the laundry at low temperatures, it has achieved high heat and mass transfer performance at low temperatures because it can condense this water more in the condenser. It is briefly interpreted that the reason for this situation is that the incoming energy is in the form of latent heat rather than apparent heat. In addition, the analysis of transient data became more complex due to instantaneous fluctuations. Another challenge was performing calculations within very short time intervals. These issues necessitated the use of data averaging techniques to obtain meaningful results that could support our interpretations. Accordingly, the data was segmented into specific time ranges that represented significant points, and calculations were carried out within these intervals. Python tools and dictionaries were utilized to implement various data processing methods and to visualize the results effectively. These approaches had a notable impact on the quality and consistency of data input for ANSYS Fluent simulations. Within the scope of the thesis, models in ANSYS Fluent software were fed according to the temperature and humidity information from the test data, and a comparison of the test and analysis results with a heat transfer model was performed. As a result, 1 original (without fins) and 4 different finned condenser models were examined, the most efficient model was the fin5 structure, while the least efficient model was the fin6 structure, and it was observed that fin2 and fin4 structures gave similar results to the finless structure. It was also observed that the tests did not have the expected effect due to the prototyping error of the fin2 structure. While the effect of the condenser in the energy cycle in the machine on the energy efficiency is explained with heat transfer and dimensionless expressions, it was evaluated that not only the heat transfer amounts are decisive when talking about the total energy efficiency of the machine, but also the heat transfer model between the laundry and the air inside is of critical importance.
Benzer Tezler
- Yıkayıcı kurutucularda kurutma performansının iyileştirilmesi
Improving drying performance in washer dryers
GİZEM BATMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZDEN AĞRA
- Hibrit yıkayıcı/kurutucu için spreyle nem alma sürecinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of spray dehumidification process for hybrid washing/drying machine
SEMRA GÜMRÜK
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT KADRİ AKTAŞ
- Yıkayıcı kurutucularda kurutma veriminin arttırılması ve tasarımı
Design and efficiency improvement for washer-dryers
VAROL KAYIŞDAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BERNA BOLAT
- Ev tipi yıkayıcı-kurutucularda ısıtma yöntemlerinin karşılaştırılması
Comparison of alternative water heating methods in household washing-drying machines
UĞUR SARITAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFULLAH KUDDUSİ
- Bağımsız örneklem testiyle patent kalite kriterleri değerlendirmesi: Beyaz eşya sektöründe bir uygulama
Evaluation of patent quality criteria with independent sample test: An application in the white good sector
EKREM AYHAN ÇAKAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
İşletmeİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR ÖZTÜRK