Egzoz atık ısı geri kazanımı için tasarlanmış üç katmanlı bir termoelektrik jeneratörün çıkış parametrelerine soğuk taraf eşanjöründe faz değişim malzemesi kullanımının etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of using phase change material in cold side heat exchanger on output parameters of a three-layer thermoelectric generator designed for exhaust waste heat recovery
- Tez No: 986619
- Danışmanlar: PROF. DR. HABİB GÜRBÜZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Otomotiv Mühendisliği, Enerji, Automotive Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Taşıt Teknolojileri Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Taşıt Tahrik ve Güç Sistemleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, iki silindirli propan yakıtlı buji ateşlemeli bir motorda egzoz atık ısı geri dönüşümü için merkezi egzoz eşanjörünün her iki yüzeyine monte edilmiş soğuk taraf eşajöründen oluşacak şekilde tasarlanarak daha önceki çalışmada alimünyum malzemeden imal edilmiş üç katmanlı bir termoelektrik jeneretörün (TEJ), soğuk taraf eşanjönlerinde faz dönüşüm malzemesi (FDM) kullanımı deneysel olarak araştırılmıştır. Bu amaçla, merkezi egzoz eşanjörünün her iki yanına yerleştirilmiş motor soğutma suyu (MSS) eşanjörleri 53℃ ergime sıcaklığına ve 170 kJ/kg füzyon ısısına sahip FDM (parafin) ile doldurularak, MSS parafin içerisinden serpantin şeklindeki bakır borulardan geçirilmiştir. FDM'nin ısı transfer etkinliğini artırmak için içerisine ağırlıkça %10 oranında Al2O3 ve grafit nanopartikülleri ilave edilerek 3 gurup deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir. Deneyler motorun normal çalışma (rejim) sıcaklığı ve tam gaz kelebeği açıklığı (%100 GKA) altında 2000–4000 d/d aralığındaki beş farklı motor devrinde gerçekleştirilmiştir. Deneysel bulgulara göre, motor devri yükseldikçe TEJ'in sıcak ve soğuk yüzeyleri arasındaki ΔT artmış ve buna bağlı olarak TEJ'in elektriksel çıkış performansı düzenli biçimde artmıştır. Saf parafin kullanılan sistemde toplam çıkış gücü 2000 d/d'da 40,06 W iken 4000 d/d'da 80,16 W'a ulaşmıştır. Aynı koşullarda %90 parafin+%10 Al2O3 karışımı 82,33 W, %90 parafin+%10 grafit karışımı ise 85,12 W toplam çıkış gücü üretmiştir. Geri kazanılan yakıt enerjisi oranı 4000 d/d'da saf parafin için %0,215, Al2O3 katkılı sistem için %0,221 ve grafit katkılı sistem için %0,229 olarak belirlenmiştir. TEJ verimi de aynı eğilimi izlemiş, sırasıyla %2,298, %2,364 ve %2,456 değerlerine ulaşmıştır. Elde edilen sonuçlar, nano katkılı faz değişim malzemelerinin TEJ performansını belirgin biçimde artırdığını, özellikle grafit katkısının hem ısıl hem elektriksel açıdan sistem kararlılığını en üst düzeye çıkardığını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, a three-layer thermoelectric generator (TEG) previously manufactured from aluminum material was experimentally investigated for the use of phase change material (PCM) in cold-side heat exchangers mounted on both surfaces of a central exhaust heat exchanger designed to recover exhaust waste heat in a two-cylinder propane-fueled spark-ignition engine. For this purpose, a central exhaust heat exchanger was designed to consist of cold-side heat exchangers mounted on both surfaces of a two-cylinder propane-fueled spark-ignition engine for exhaust waste heat recovery. (PCM) in the cold-side heat exchangers. For this purpose, the engine coolant (EC) heat exchangers placed on both sides of the central exhaust heat exchanger were filled with FDM (paraffin) with a melting temperature of 53°C and a fusion heat of 170 kJ/kg, and the EC was passed through serpentine copper pipes inside the paraffin. Three groups of experimental studies were conducted by adding 10% by weight of Al2O3 and graphite nanoparticles to the PCM to increase its heat transfer efficiency. The experiments were conducted at five different engine speeds in the range of 2000–4000 rpm under the engine's normal operating (regime) temperature and Wide-open thottle (100% WOT). According to experimental findings, as the engine speed increased, the ΔT on the TEG increased, and consequently, the electrical output parameters of the system increased regularly. In the system using pure paraffin, the total output power was 40.06 W at 2000 rpm and reached 80.16 W at 4000 rpm. Under the same conditions, the 90% paraffin + 10% Al2O3 mixture produced a total output power of 82.33 W, while the 90% paraffin + 10% graphite mixture produced 85.12 W. The recovered fuel energy ratio was determined to be 0.215% for pure paraffin, 0.221% for the Al2O3-added system, and 0.229% for the graphite-added system at 4000 rpm. TEG efficiency followed the same trend, reaching values of 2.298%, 2.364%, and 2.456%, respectively. The results show that nano-doped phase change materials significantly increase the TEG performance, and especially the graphite doping maximizes the system stability both thermally and electrically.
Benzer Tezler
- A numerical study of waste heat recovery potential of the exhaust gases from a power generation diesel engine
Elektrik üreten dizel motorlarının egzozst gazlarından atık ısı geri kazanım potensiyelinin sayısal yöntemlerle incelenmesi
BUKET BOZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüEnerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALVARO DIEZ RODRIGUEZ
YRD. DOÇ. DR. ONURSAL ÖNEN
- İstanbul şartlarında ısı geri kazanımlı santrallerin fizibilitesi
Feasibility of heat recovery air handling units under İstanbul conditions
OLCAY ARICAN
- Farklı malzemelerden imal edilmiş plakalı ısı değiştiricilerinin atık ısı geri kazanım performanslarının deneysel analizi
Experimental analysis of waste heat recovery performance of plate exchangers manufactured from different materials
CEYDA KOCABAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine MühendisliğiBilecik Şeyh Edebali ÜniversitesiMakine ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AHMET FEVZİ SAVAŞ
- Egzoz gazı ısı değiştiricilerinde kullanılan farklı lamel geometrileri için karşılaştırmalı ısıl analizler
Comparative thermal analysis of different lamella geometries used in exhaust gas heat exchangers
BAHADIR DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AHMET COŞKUN
- Gemilerde organik rankine çevrimine dayalı atık ısı geri kazanım sistemlerinin ileri termal analizleri ve termo-ekonomik optimizasyonu
Advanced thermal analyses and thermo-economic optimization of waste heat recovery systems based on organic rankine cycle onboard ships
MEHMET AKMAN
Doktora
Türkçe
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN