Ejektör genleştiricili transkritik kaskad soğutma sistemlerinde enerji ve ekserji analizi
Energy and exergy analysis of transcritical cascade refrigeration systems with ejector expanders
- Tez No: 983640
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET SELİM DALKILIÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Makine Mühendisliği, Engineering Sciences, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- 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: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde çevresel etkileri düşük olan doğal soğutucu akışkanların kullanımı, iklim değişikliğiyle mücadele kapsamında önem kazanmaktadır. R744 gibi düşük GWP değerine sahip soğutkanlar, çevresel sürdürülebilirlik açısından önemli bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. Ancak R744'ün transkritik sıcaklıklarda çalışması ve yüksek işletme basınçları, sistem performansını sınırlayabilmektedir. Ayrıca, çok düşük sıcaklık gerektiren uygulamalarda tek kademeli sistemler teknik sınırlamalar nedeniyle yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle R744 kullanılan sistemlerde ejektör gibi yardımcı ekipmanların entegrasyonu performansı artırırken; kaskad yapıda tasarlanan sistemler ise yüksek ve düşük sıcaklık bölgelerinin ayrı çevrimlerle yönetilmesini sağlayarak düşük sıcaklık uygulamalarında daha kararlı ve yüksek performanslı bir çalışma sunmaktadır. Bu çalışmada, yüksek sıcaklık çevriminde R744, düşük sıcaklık çevriminde ise R290, R170, R41 ve Xe kullanılan kaskad sistemlerin enerji ve ekserji analizleri gerçekleştirilmiştir. Gaz soğutucu basıncı, gaz soğutucu çıkış sıcaklığı, buharlaştırıcı sıcaklığı ve ısı değiştiricideki buharlaşma sıcaklığı gibi çevrim parametrelerinin incelendiği bu kaskad sistemler, ejektör genleştiricili ve geleneksel genleşme vanalı yapılandırmalar olarak modellenmiş olup EES yazılımı ile analiz edilmiştir. Termodinamik analiz sonuçlarına göre, ejektör genleştiricili sistemlerin kullanımı COP değerlerinde %15-20 oranında artış sağlanmıştır. Çalışmada en yüksek COP değeri, R744/R290 kaskad sisteminde elde edilmiştir. Bileşen bazlı ekserji analizine göre, geleneksel sistemlerde en yüksek ekserji kaybı genleşme vanasında meydana gelmiştir. Ejektör entegrasyonu ise sistemin toplam ekserji yıkımını %27-30 oranında azaltmıştır. Son olarak, gaz soğutucu basıncının sistem performansı üzerinde belirleyici bir parametre olduğu ve COP açısından optimum değerlerin 8500-8600 kPa aralığında yer aldığı tespit edilmiştir. Elde edilen bulgular, düşük sıcaklık düzeyinde çalışan kaskad sistemlerin performansının ejektör entegrasyonu ile anlamlı biçimde artırılabildiğini ortaya koymuştur. Ayrıca, kullanılan soğutkan tipi ve çevrim parametrelerinin bu iyileşme üzerinde belirleyici bir rol oynadığı görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Today, the use of natural refrigerants with low environmental impact has gained importance in mitigating climate change. Refrigerants with low GWP, such as R744, have emerged as promising alternatives in terms of environmental sustainability. However, operating at transcritical temperatures and under high pressures limits the performance of systems using R744. In addition, single-stage systems become insufficient in applications requiring very low temperatures due to technical limitations. Therefore, while the integration of auxiliary components such as ejectors into R744 based systems enhances overall system performance, cascade configurations, by managing the high and low temperature zones through separate refrigeration cycles, provide more stable and higher performance operation in low temperature applications. In this study, energy and exergy analyses were conducted for cascade systems using R744 in the high-temperature cycle and R290, R170, R41, and Xe in the low-temperature cycle. These cascade systems, in which cycle parameters such as gas cooler pressure, gas cooler outlet temperature, evaporator temperature, and evaporating temperature in the heat exchanger were examined, were modeled as configurations with ejector expansion and conventional expansion valve, and analyzed using EES software. According to the thermodynamic analysis results, the use of ejector expansion systems led to a 15-20% increase in COP values. The highest COP value obtained in the scope of the study was achieved in the R744/R290 cascade system. According to the component based exergy analysis, the highest exergy destruction was calculated in the expansion valve of the conventional systems. Ejector integration reduced the total exergy destruction of the system by 27-30%. Finally, gas cooler pressure was identified as a key parameter affecting system performance, and the optimum values in terms of COP were found to be in the range of 8500-8600 kPa. The findings demonstrated that the performance of cascade systems operating at low temperature levels can be significantly enhanced through ejector integration. Additionally, the type of refrigerant used and the selected cycle parameters were found to play a decisive role in the extent of this improvement.
Benzer Tezler
- CO2 akışkanlı ejektör genleştiricili süpermarket soğutma sistemlerinin Türkiye iklim şartlarında termodinamik, çevresel ve termoekonomik analizi
Thermodynamic, environmental, and thermoeconomic analysis of CO2 ejector expansion supermarket refrigeration systems in Türkiye climatic conditions
OĞUZ ÇALIŞKAN
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİL KÜRŞAD ERSOY
- Ejektör genleştiricili otobüs klimasında ejektör boyutlarının HAD yöntemi kullanılarak belirlenmesi
Determination of the ejector dimensions using the CFD method for the bus air conditioner with ejector expansion
HAKAN AKGÜN
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiOsmaniye Korkut Ata ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞABAN ÜNAL
- Numerical and experimental investigation of ejector use as the expander in the vapor-compression refrigeration cycle operating with a new generation refrigerant
Yeni nesil bir soğutucu akışkanla çalışan buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminde genleştirici olarak ejektör kullanımının sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
AYŞE UĞURCAN ATMACA
Doktora
İngilizce
2020
Makine MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYTUNÇ EREK
- Soğutma çevriminde genleşme işi geri kazanımı için ejektörün kullanılabilirliğinin deneysel araştırılması
Experimental investigation of usability of ejector for expansion work recovery in refrigeration cycle
NAGİHAN BİLİR SAĞ
Doktora
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİL KÜRŞAD ERSOY
PROF. DR. ARİF HEPBAŞLI
- Çift fazlı sabit alanlı ejektör kullanarak buhar sıkıştırmalı soğutma çevrim etkinliğinin iyileştirilmesi
Performance improvement of the vapour compression refrigeration cycle by a two-phase constant area ejector
NAGİHAN BİLİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HALİL KÜRŞAD ERSOY