AĞIR HİZMET ARAÇLARI İÇİN SU ŞARJLI HAVA SOĞUTMALI ISI DEĞİŞTİRİCİLERİNDE ISIL ÇATLAK OLUŞUMUNUN ANALİZİ

Yıl 2023, Cilt: 43 Sayı: 1, 59 - 68, 30.04.2023

İsmail Hakkı Savcı

https://doi.org/10.47480/isibted.1290697

Öz

Girişteki düzgün olmayan akış dağılımı, su şarjlı hava soğutmalı (WCAC) sistemlerin termal döngü yüklemesini ciddi şekilde etkiler, bu da periyodlardan sonra çatlak oluşumuna ve dolayısıyla dahili soğutucuda sızıntıya neden olur. WCAC çatlakları, performans ve dayanıklılık üzerinde önemli etkilere sahip olduğundan ciddidir. Termal çatlak, çeşitli yorulma sınır koşulları için WCAC test edilerek belirlenebilir. Bu çalışmada, WCAC'lerde çatlak oluşumunun yerini ve döngü süresini kesin olarak belirlemek için özel bir termal yorulma test teçhizatı geliştirilmiştir. Test teçhizatı, WCAC'ın hava ve su tarafını aynı anda sürekli olarak kontrol ederek aracın durumunu yansıtacak şekilde tasarlanmıştır. Bu doğrultuda geliştirilen özel termal yorulma test cihazı ile WCAC parçalarının termal yorulma testleri gerçekleştirilmiştir. Test teçhizatı üzerinde farklı kritik çevrimlerle testler yapılarak periyodik olarak oluşum çatlağı gözlemlenmiş ve termal çevrim profili oluşturulmuştur. Geliştirilen özel test teçhizatı ile WCAC'deki çatlak oluşumunun araç testleri ile karşılaştırıldığında aynı çevrim süresinde ve tam lokasyonda tahmin edilebildiği görülmüştür. Ayrıca, test başına toplam maliyet, zaman ve adam-saat, geleneksel araç testlerine kıyasla sırasıyla %80, %75 ve %60 arttı. Daha sonra, WCAC girişinde üniform olmayan akış dağılımını önlemek için değiştirilmiş WCAC tasarımı önerildi. Modifiye edilmiş WCAC tasarımının termal yorulma testleri, stresli çalışma koşulları için geliştirilen test teçhizatı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, değiştirilmiş WCAC tasarımının eski tasarıma göre termal yorgunluğa karşı daha dayanıklı olduğunu göstermiştir. Çeşitli stresli çalışma koşulları altında değiştirilmiş WCAC tasarımında çatlak oluşumu gözlenemedi.

Anahtar Kelimeler

WCAC, Eşanjör, Termal Yorulma, Termal Çatlama, Otomotiv Uygulamaları

ANALYSIS OF THERMAL CRACK FORMATION IN WATER-CHARGED AIR-COOLED HEAT EXCHANGERS FOR HEAVY-DUTY VEHICLES

Öz

The non-uniform flow distribution at the inlet severely affects the thermal cycling loading of the water-charged air-cooled (WCAC) systems resulting in crack formation after periods and hence leakage in the internal coolant. WCAC cracks are serious since having crucial effects on performance and durability. The thermal crack can be identified by testing the WCAC for various fatigue boundary conditions. The present study developed a custom thermal fatigue test rig to precisely determine the crack formation's location and cycle time in WCACs. The test rig was designed to reflect the vehicle's situation by simultaneously controlling the air and waterside of the WCAC continuously. Accordingly, the thermal fatigue tests of the WCAC parts were performed through the developed custom thermal fatigue test rig. The formation crack was observed periodically by carrying out tests with different critical cycles on the test rig, and the thermal cycling profile was generated. It was seen that the crack formation in the WCAC can be predicted at the same cycle time and exact location with the developed custom test rig compared to the vehicle tests.
Moreover, the total cost, time, and man-hours per test increased by 80 %,75 %, and 60, % respectively, compared to traditional vehicle tests. Subsequently, the modified WCAC design was proposed to prevent non-uniform flow distribution at the inlet of the WCAC. The thermal fatigue tests of the modified WCAC design were performed using the developed test rig for stressful operating conditions. The results showed that the modified WCAC design is more robust to thermal fatigue than the old design. There was no crack formation in the modified WCAC design under various stressful operating conditions.

Anahtar Kelimeler

WCAC, Heat-exchanger, Thermal Fatigue, Thermal Cracking, Automotive Applications