Turboşarjlı traktörlerde ara soğutucudan önce termoelektrik jeneratör kullanımının numerik olarak incelenmesi
Numerical investigation of the use of thermoelectric generator before intercooler in turbocharged tractor
- Tez No: 987938
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÜLAY YAKAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Ara soğutucular, Termoelektrik jeneratör, Intercoolers, Thermoelectric generator
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Pamukkale Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde, turboşarjlı bir traktör motorunun kompresörü ile ara soğutucusu arasında konumlandırılmış termoelektrik jeneratör (TEJ) sisteminde, modüllerin soğuk yüzeyine yerleştirilen farklı ısı kuyusu tasarımların sistem performansına olan etkileri nümerik olarak analiz edilmiştir. Literatür incelemeleri, TEJ modüllerinde kullanılan ısı kuyularının genellikle plaka şeklindeki kanatçıklardan oluştuğunu göstermektedir. Bu tez çalışmasında ise, TEJ modülün soğuk tarafında, plaka tipinin dışına çıkılarak delikli ve yarıklı kanatçık geometrileri kullanılmış; böylece sınır tabaka davranışı değiştirilerek soğuk yüzeyden ısı transferinin artırılması amaçlanmıştır. Uygulanan bu tasarım yaklaşımı sonucunda, TEJ sisteminin genel performansında belirgin bir iyileşme elde edilmiştir. Mevcut araştırmalar incelendiğinde, birçok çalışmanın TEJ modüllerinin performansını artırmak amacıyla p- ve n-tipi yarı iletken elemanların boyutlarında yapılan değişikliklere odaklandığı görülmektedir. Ancak, bu modüllerde kullanılan ısı kuyularda plaka kanatçıklarda değişiklik yaparak ısı transferini ve dolayısıyla TEJ performansını artırmayı hedefleyen bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu açıdan, bu çalışma literatüre önemli katkılar sunmaktadır. Tez kapsamında, levha tipi plakalı kanatlar (PF), levha kanatlara delik açılması ile oluşturulan tasarımlar (PF-CP, PF-FBCP), yarıklı kanatlar (S0.5H3, S0.5H15 vb.) ve farklı gözenek yoğunluğuna (10, 20 ve 40 PPI) sahip açık hücreli alüminyum köpük ısı kuyuları incelenmektedir. Bu farklı tasarımların, TEJ modüllerinden elde edilen gerilim, akım, elektriksel güç ve ısıl verim üzerindeki etkileri; ayrıca basınç düşümü, fan gücü ihtiyacı ve ara soğutucuya giren hava sıcaklığı gibi parametreler üzerindeki sonuçları nümerik olarak araştırılmaktadır. S0.5H15 konfigürasyonu için yapılan nümerik analizlerde, plaka PF konfigürasyonuna kıyasla ısıl verimlilik yaklaşık %5, çıkış voltajı yaklaşık %3 ve toplam TEJ çıkış gücü ise %6,2 oranında daha yüksek olarak elde edilmiştir. Açık hücreli alüminyum köpük dışındaki ısı kuyularında elde edilen basınç düşüşü değerleri neredeyse aynı seviyededir. TEJ sistemlerinde farklı ısı kuyularının kullanılması, TEJ içermeyen duruma göre ara soğutucuya giren hava sıcaklığında yaklaşık %3,4–3,5 oranında bir düşüşe yol açmıştır. Bu azalma, motor verimliliğinde TEJ uygulamasının iyileştirici bir etkiye sahip olduğunu ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the effects of different heat sink designs placed on the cold surface of the modules on the performance of a thermoelectric generator (TEG) system positioned between the compressor and intercooler of a turbocharged tractor engine were numerically analyzed. Literature reviews show that the heat sinks used in TEG modules generally consist of plate-shaped fins. In this thesis, however, perforated and slotted fin geometries were used on the cold side of the TEG module, deviating from the plate type; thus, the aim was to increase heat transfer from the cold surface by changing the boundary layer behavior. As a result of this applied design approach, a significant improvement in the overall performance of the TEG system was achieved. When existing research is examined, it is seen that many studies focus on changes made in the dimensions of p- and n-type semiconductor elements to improve the performance of TEG modules. However, no study has been found that aims to increase heat transfer and therefore TEG performance by changing the plate fins in the heat sinks used in these modules. In this respect, this study makes significant contributions to the literature. This thesis examines plate-type finned (PF) designs, designs created by punching holes in plate fins (PF-CP, PF-FBCP), slotted fins (S0.5H3, S0.5H15, etc.), and open-cell aluminum foam heat sinks with different pore densities (10, 20, and 40 PPI). The effects of these different designs on voltage, current, electrical power, and thermal efficiency obtained from TEJ modules, as well as their effects on parameters such as pressure drop, fan power requirement, and air temperature entering the intercooler, are investigated numerically. In the numerical analyses performed for the S0.5H15 configuration, thermal efficiency was approximately 5% higher, output voltage approximately 3% higher, and total TEJ output power 6.2% higher compared to the plate-finned (PF) configuration. The pressure drop values obtained in heat sinks other than open-cell aluminum foam were almost at the same level. The use of different heat sinks in TEJ systems resulted in an approximately 3.4–3.5% reduction in the air temperature entering the intercooler compared to the non-TEJ system. This reduction demonstrates that TEJ application has a positive effect on engine efficiency.
Benzer Tezler
- Theoretical and experimental analysis of turbocharger in tractor engines
Traktör motorlarında turboşarj uygulamasının teorik ve deneysel yöntemlerle incelenmesi
ZAFER ÇANGA
Doktora
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiTarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KAZIM ÇARMAN
- Flow simulation of high speed high pressure radial blower
Yüksek hızlı yüksek basınçlı radyal üfleyicide akış benzetimi
ÖZGE ÖZGÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. İ. BEDİİ ÖZDEMİR
- İki supaplı dizel motorunun dört supaplı hale dönüşümü için teorik ve deneysel çalışmalar
Theoritical and experimental studies for changing two valve diesel engine into four valve design
HÜSEYİN TEKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAFİG MEHDİYEV
- Türboşarjlı bir dizel motorunun yanma odası yüzeylerinin Y2O3-ZrO2 ile kaplanmasının performans ve emisyona etkileri
The effects of Y2O3 with coatings of combustion chamber surface on performance and emissions in a turbocharged diesel engine
MURAT CİNİVİZ
Doktora
Türkçe
2005
Makine MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. SAHİR SALMAN
- Turboşarjlı dıesel motor hava akış sisteminin ortalama değer yöntemi temel alınarak model tabanlı öngörülü kontrolü
Mean value modelling and model based predictive control of the airpath of a turbocharged diesel engine
ŞAFAK CEMAL KARAKAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAN ÖZSOY
PROF. DR. OĞUZ SALİM SÖĞÜT