Development of novel vibration/acoustic modeling for low noise hermetic reciprocating compressors and its components
Düşük gürültülü hermetik pistonlu kompresör ve komponentleri için yenilikçi titreşim/akustik model geliştirilmesi
- Tez No: 999588
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Ev tipi buzdolaplarında kompresör, soğutucu akışkanı devridaim ettirerek soğutma çevriminin çalışmasını sağlayan ve sistemin enerji verimliliği ile gürültü performansını doğrudan etkileyen temel bileşendir. Artan enerji verimliliği gereksinimleri ve kullanıcıların düşük gürültü beklentileri, hermetik reciprocating kompresörlerde hem toplam ses düzeyinin hem de algılanan ses kalitesinin tasarım sürecinde birlikte ele alınmasını gerekli kılmaktadır. Hermetik tip buzdolabı kompresörleri, hem enerji verimliliği hem de kullanıcı tarafından algılanan ses özellikleri açısından cihazın en kritik bileşenlerinden biridir. Kompresör gürültüsü; mekanik gürültüler, akış kaynaklı gürültüler ve motor kaynaklı bileşenlerden oluşmakta olup, önemli bir kısmını gaz akışına bağlı pulsasyonlar ve susturucu tasarımı oluşturmaktadır. Bu tezde amaç, hermetik reciprocating kompresörlerde ses gücü seviyesi ve ses kalitesini sistematik olarak karakterize eden ve gaz akışına bağlı pulsasyonları dikkate alarak kompresör egzoz susturucusunun akustik performansını iyileştirmeye yönelik modelleme ve optimizasyon odaklı bütünleşik bir yöntem sunmaktır.İlk olarak, ses kalitesi yaklaşımının çerçevesi; beyaz eşya, araçlar ve mekanik bileşenler gibi sektörleri kapsayan geniş bir literatür taraması ile oluşturulmuştur. Ardından hermetik buzdolabı kompresörleri için özgün bir ses kalitesi çalışması yürütülmüştür. Bu kapsamda farklı kompresör tipleri için tam yankısız odada ses güç seviyesi ölçülmüş, gürültüye ait psikoakustik metrikler hesaplanmış, jüri testleri uygulanmış ve kompresöre özgü bir ses kalitesi rahatsızlık indeksi tanımlanmıştır. Nesnel metrikler ile subjektif değerlendirmeler arasındaki korelasyonlar incelenerek tasarım açısından yol gösterici göstergeler ortaya konmuştur. İkinci aşamada, deşarj hattı pulsasyon sinyali ölçülerek kompresör çıkışındaki gaz dinamiği uyarımı frekans domeninde analiz edilmiştir. Zaman kayıtları tek kayıt FFT ve Welch ortalamalı peryodogram yöntemi ile işlenmiş, böylece pulsasyonun güç spektrum yoğunluğu daha kararlı bir şekilde elde edilmiştir. Analizler sonucunda pulsation kaynaklı öne çıkan bileşenler belirlenmiş ve seçilen hedef frekanslar üzerinden yayılan ses gücü ile arasındaki ilişki ortaya konmuştur. Son olarak, kompresör emiş ve deşarj susturucuları için bir boyutlu aktarım matrisi yöntemi ve üç boyutlu sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak akustik modeller geliştirilmiş ve deneysel verilerle doğrulanmıştır. Doğrulanmış modeller, deşarj susturucusunun çok hedefli optimizasyonunda kullanılmış; İç Nokta Yöntemi ve Genetik Algoritma ile susturucu geometrisi hedef frekanslardaki transmisyon kaybını artıracak ve pulsasyonu azaltacak şekilde iyileştirilmiştir. Prototip susturucu ile yapılan ölçümler, temel çalışma koşullarında toplam ses güç seviyesinde anlamlı azalmalar ve hedeflenen frekans bantlarında daha belirgin iyileşmeler sağlandığını göstermiştir. Elde edilen sonuçlar, önerilen bütünleşik yaklaşımın hermetik buzdolabı kompresörleri için daha düşük gürültü düzeyine ve geliştirilmiş ses kalitesi özelliklerine sahip tasarımların geliştirilmesinde etkili bir araç olduğunu ortaya koymaktadır. Bu çalışmanın kapsamı akustik problemi hat üzerinde ele alan bir tasarım yaklaşımı ortaya koymaktır. Buna ek olarak, kaynağa yönelik ileride yapılacak çalışmalara bir başlangıç noktası oluşturmak amacıyla, emme ve deşarj valflerinin dinamiği üzerine deneysel ve sayısal ön incelemeler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bulgular, gelecekte valf çarpma süreçleri, akışkan–yapı etkileşimi ve valf kaynaklı gürültü mekanizmalarını daha ayrıntılı olarak irdeleyen bütünleşik modellerin geliştirilmesi için başlangıç niteliğinde bir temel sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In household refrigerators, the compressor circulates the refrigerant and enables the operation of the vapor compression cycle, directly influencing both system energy efficiency and noise performance. Increasing energy efficiency requirements and users' expectations for low noise make it necessary to consider both the overall sound level and the perceived sound quality together in the design of hermetic reciprocating compressors. Hermetic household refrigerator compressors are therefore among the most critical components with respect to both energy efficiency and user-perceived acoustic characteristics. Compressor noise arises from the combination of mechanical and structural sources, flow-induced noise, and motor-related components, of which a significant portion is associated with gas-flow-induced pressure pulsations and the design of the muffler. The aim of this thesis is to present an integrated modelling- and optimization-based methodology that systematically characterizes sound power level and sound quality in hermetic reciprocating compressors and improves the acoustic performance of the compressor exhaust muffler by explicitly accounting for gas-flow-induced pulsations. First, the sound-quality framework is established through an extensive literature review covering sectors such as household appliances, vehicles, and mechanical components. Subsequently, a dedicated sound-quality study is conducted for hermetic household refrigerator compressors. Within this scope, sound power levels of different compressor types are measured in a full anechoic room, psychoacoustic metrics of the noise are calculated, jury tests are carried out, and a compressor-specific sound quality annoyance index is defined. Furthermore, the discharge-line pulsation signal is measured and the gas-dynamic excitation at the compressor outlet is analyzed in the frequency domain. Time records are processed using a single-record FFT and Welch's averaged periodogram, providing a more stable estimate of the pulsation power spectral density. Based on these analyses, dominant pulsation-related components are identified and the relationship between the selected target frequencies and the radiated sound power is demonstrated. Finally, acoustic models of the compressor suction and discharge mufflers are developed using the one-dimensional Transfer Matrix Method and the three-dimensional Finite Element Method and are validated against experimental data. The validated models are then used in the multi-objective optimization of the discharge muffler. The muffler geometry is improved by Interior Point Method and Genetic Algorithm to increase transmission loss at the target frequencies and reduce pulsation. Measurements performed with the prototype muffler under baseline operating conditions indicate limited but meaningful reductions in overall sound power level and more pronounced improvements in the targeted frequency bands. The results show that the proposed integrated approach is an effective tool for developing hermetic household refrigerator compressors with lower noise levels and improved sound-quality characteristics. The scope of this study is to establish a design approach that addresses the acoustic problem along the flow path. In addition, to provide a starting point for future source-oriented investigations, preliminary experimental and numerical studies have been carried out on the dynamics of the suction and discharge valves. The findings obtained from these analyses provide an initial basis for the development of integrated models that will more thoroughly investigate valve impact processes, fluid–structure interaction, and valve-induced noise generation mechanisms in future work.
Benzer Tezler
- Makine öğrenimi ve veri bilimi ile gürültü,titreşim ve sertlik analizinin geliştirilmesi
Improving noise, vibration and harshness analysis with machine learning and data science
KEMAL DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CİHAN DEMİR
- Prehistorya'da müziğin yeri ve rolü: Güneydoğu Anadolu Neolitik kültürleri örneği
The place and role of music in Prehistory: A case study of Neolithic cultures in Southeast Anatolia
DOĞAN SALAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
TurizmEge ÜniversitesiTurizm Rehberliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERAP ÖZDÖL KUTLU
- Rulmanlarda sürünme riskinin deneysel olarak incelenmesi ve rulman tasarım parametrelerinin sürünme üzerine etkisinin analizi
Experimental investigation of creep risk on bearings and analysis of bearing design parameters for creep
AHMET HAKAN BOZKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN TAHA ŞEN
- Elektrik motorlarında tekil ve çoklu arıza teşhisi için optimize edilmiş zaman–frekans temsillerine dayalı fiziksel olarak yönlendirilmiş derin öğrenme mimarisinin geliştirilmesi
Development of a physics-guided deep learning architecture based on optimized time–frequency representations for the diagnosis of single and multiple faults in electric motors
ROHULLAH RAHMATULLAH
Doktora
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECİBE FÜSUN OYMAN SERTELLER
DOÇ. DR. AYÇA AK
- Development of novel metaporous structure atlow-mıd frequency for aırborne compressornoıse of an electrıcal vehıcle
Elektrikli araçlarin düşük ve orta frekanslarda hava kaynakli kompresör gürültüsünü azaltmak için yeni bir metagözenekli yapi tasarimi geliştirilmesi
BARIŞ VATANSEVER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. POLAT ŞENDUR
DR. AYDIN ÖZCAN