R600A soğutkan kullanılan buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminde diyabatik kılcal boru içerisindeki akışın modellenmesi

Abstract

21. yüzyılın başlarında özellikle ev tipi soğutucularda Avrupalı üreticiler arasında çevreye zararlı bir etkisi olmayan hidrokarbon esaslı R600a (izobütan) soğutkan kullanımı giderek yaygınlaşmıştır. Buna bağlı olarak R600a bulunan soğutma sistemlerinin dizaynı ve yeniden boyutlandırılması önemli hale gelmiştir. Buna rağmen R600a soğutkan kullanılan soğutma sistemlerinde soğutma performansında önemli etkisi bulunan kılcal boru dizaynına yönelik literatürde yeterli düzeyde deneysel çalışmaların bulunmadığı görülmektedir. Bu doktora tez çalışmasında, eşanjörü üzerine bitişik olan yatay diyabatik kılcal boru içinde R600a soğutkan akışı deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. Tez çalışması yedi ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde çalışmaya başlama nedenleri ve ulaşılmak istenen sonuçlar genel olarak açıklanarak giriş yapılmıştır. İkinci bölümde buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi, kılcal boru genel teorisi ve kılcal boru içinde soğutkan akış karakteristiğinde etkili olan parametreler paylaşılmıştır. Üçüncü bölümde konu ile ilgili literatür araştırma sonuçları özetlenmiş ve diyabatik kılcal boruya yönelik deneysel ve nümerik çalışmaların bir kısmı detaylı olarak paylaşılmıştır. Dördüncü bölümde Arçelik A.Ş. Merkez Ar-Ge laboratuvar altyapısı kullanılarak gerçekleştirilen deneysel çalışmalar anlatılmıştır. Diyabatik tipteki kılcal boru içinde akan R600a soğutkan akışının incelenebilmesi için iki adet farklı deney düzeneği kurulmuştur. İlk deney düzeneği kılcal boru içinde iki fazlı akımların gelişimini görsellemek amacıyla kullanılmıştır. İkinci düzenek ise eşanjörü üzerine bitişik olan yatay kılcal boru tasarım unsurlarının(kılcal boru giriş basıncı, iç çapı ve boyu, eşanjör uzunluğu, konumu ve giriş sıcaklığı, kılcal boru girişinde aşırı soğuma miktarı) incelenmesi için kurulmuştur. Bu bölümde DOE(Design of Experiment) metodolojisi esas alınarak veriler analiz edilmiştir. Soğutkan kütle debisi ve kılcal boru içindeki basınç düşüş miktarını hesaplayan ampirik korelasyonlar türetilmiştir. Beşinci bölümde nümerik modelleme çalışmalarında kullanılan kütle, enerji ve momentum korunum denklemlerinin sadeleştirilmiş halleri paylaşılmıştır. Altıncı bölümde matlab yazılım programı kullanılarak geliştirilen numerik çözüm sonuçları ve bunların deneysel datalar ile doğrulandığı durumlar paylaşılmıştır. Yedinci bölümde sonuçlar ve öneriler sunulmuştur. Bu doktora tez çalışmasında R600a kullanılan diyabatik tipte kılcal boruda yapılan parametrik deneylerle hem literatürün yoksun olduğu deneysel veriler elde edilmiş, hem de elde edilen bu veriler ışığında soğutkan kütle debisi, basınç düşümü ve eşanjör boru çıkış sıcaklığını hesaplayan ampirik denklemler türetilmiştir. Buna ek olarak kütle, momentum ve enerji korunum denklemleri esas alınarak ve bunların çözümünü daha basit hale getirebilmek için yapılan bazı kabuller ile diyabatik tipte kılcal boruda R600a soğutkan akışı nümerik olarak çözülmüştür. Ampirik ve nümerik model çözüm sonuçları, deneysel sonuçlar ile valide edilmiş ve bunların iyi bir uyum içinde (±%12) olduğu belirlenmiştir. Elde edilen her iki model, ev tipi soğutucu kılcal boru tasarım çalışmaları için güçlü bir araç olup, verimli ürün tasarım süreçlerinin hızlandırılmasını sağlamıştır.