An Investigation On The Effect Of Transient Heat Transfer On The Performance Of Hermetic Refrigerant Compressors

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2006Bu çalışmada, tipik bir hermetik soğutucu akışkan kompresörünün indikatör diyagramı sayısal ve deneysel olarak incelenmiş; kompresör emme hattında gerçekleşen zamana bağlı akış ve ısı transferi de sayısal olarak incelenerek kompresör performansına olan etkileri irdelenmiştir. Bu yeni yaklaşım ile, valf yaprağının titreşim hareketi nedeniyle kompresör emme hattında oluşan pulsatif akış ve ısı transferinin kompresör performansına etkisini sayısal olarak incelemek mümkün olmuştur. Deneysel çalışmalar kapsamında, krank açısal konumunun belirlenmesi için optik bir enkoder ve silindir basıncının belirlenmesi için yüksek frekansta ölçüm yapabilen bir basınç transdüseri kullanılarak indikatör diyagramı elde edilmiştir. Silindire olan gaz girişini kontrol eden emme valf yaprağının hareketinin krankın açısal konumuna bağlı olarak elde edilebilmesi amacıyla bir uzama ölçer (strain gage) kullanılmıştır. Kompresör indikatör diyagramının sayısal olarak incelenmesi kapsamında, izobütan soğutkanına ait özelikler, valf yaprağının katı cisim modeli, port ve valf yaprağı akış modeli ve silindir içerisindeki proseslerin hesaplanabilmesi için bir silindir modeli geliştirilmiş ve bu modellerin birbirleri ile akuple bir şekilde çalışması sağlanarak kompresör indikatör diyagramı simülasyon modeli oluşturulmuştur. Oluşturulan bu model ile elde edilen veriler deneysel sonuçlarla karşılaştırılmış ve kompresör performans parametrelerinin yanısıra, valf yaprağının açılıp kapanması nedeniyle silindirde oluşan basınç dalgalanmalarının hassas bir şekilde hesaplanabildiği görülmüştür. Zamana bağlı akış ve ısı transferi incelemeleri, paralel levhalardan oluşan bir kanal geometrisi için sayısal olarak yürütülmüştür. Sürekli rejimdeki akışların yanısıra, bir salınım genliği ve frekansı ile karakterize edilebilen salınımlı akışlar hem hidrodinamik olarak gelişmiş, hem de hidrodinamik olarak gelişmekte olan durum için incelenerek salınım frekans ve genliğinin akış ve ısı transferi üzerindeki etkileri de araştırılmıştır.In this study, an experimental and numerical investigation was carried out on the indicator diagram of a typical hermetic reciprocating compressor; and the transient flow and heat transfer charactheristics and effects through the suction line were studied numerically. With this new approach, it has been possible to study the effects of pulsating flows which occur as a result of the vibration of the valve leaf. The indicator diagram of the compressor was measured with the aid of an optical encoder and a pressure transducer that could be used for high frequency measurements. In addition to this, a straingage was used to measure the deflection of the suction valve that controls the gas flow to the cylinder. The numerical investigation of the indicator diagram included the modeling of the various properties of the refrigerant isobutane, the structural modeling of the valf leaves, the flow through ports and the processes inside the cylinder from the thermodynamics point of view. The ouput of this simulation program, which was was established by coupling all of these sub models, was compared with the experimental results and good agreement was observed both for the global performance parameters such as the refrigeration capacity and more spesific phenomena such as the cylinder pressure pulsations. Transient flow and heat transfer research was conducted numerically for a two dimensional channel formed by parallel plates. In addition to the steady state flow and heat transfer, the oscillating flows which could be charactherised by a certain oscillation amplitude and frequency, were investigated both for the hydrodynamically developing and developed cases.DoktoraPh