Farklı Dış Ortam Sıcaklıklarında Kullanılan Bir Termoelektrik Jeneratör Sisteminin Isı Alıcısının Optimizasyonu

Yıl 2021, Cilt: 62 Sayı: 703, 332 - 349, 15.06.2021

Ali Gürcan Gülay Yakar

https://doi.org/10.46399/muhendismakina.848738

Öz

Bu çalışmada, turbo – şarjlı bir traktörde, kompresör ile ara soğutucu (intercooler) arasına termoelektrik jeneratör (TEJ) sistemi yerleştirilmiştir. TEJ sisteminin soğuk tarafındaki ısı alıcıların farklı dış ortam sıcaklıkları için optimum kanat kalınlıkları ve kanat aralıkları Matlab programı kullanılarak bulunmuştur. Nümerik analiz, 7 farklı dış ortam sıcaklığına göre gerçekleştirilmiştir (268, 278, 283, 288, 293, 298 ve 303 K). Matlab programındaki plot kodu kullanılarak, farklı dış ortam sıcaklıkları için ısı alıcıdan gerçekleşen ısı transferinin kanat kalınlıkları ile değişimi elde edilmiştir. Böylece maksimum ısı transferine karşılık gelen optimum kalınlık değerleri bulunmuştur. Ayrıca, kanat sayılarının ve kanatlı yüzeyin toplam ısı transfer alanlarının farklı dış ortam sıcaklıkları ile değişimleri incelenmiştir. Dış ortam sıcaklığındaki artış ile optimum kanat kalınlığı ve kanat aralığı artarken kanat sayısı ve toplam ısı transfer alanın ise azaldığı belirlenmiştir. Sonuç olarak, 268 K sıcaklığına göre 303 K sıcaklığındaki optimum kanat kalınlığının yaklaşık olarak %5.4 ve optimum kanat aralığının %11 arttığı bulunmuştur. Ancak kanat sayısının %10.4 ve toplam ısı transfer alanının yaklaşık olarak %10 azaldığı tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Termoelektrik Jeneratör, Turbo-Şarj, Isı Alıcı

Destekleyen Kurum

Pamukkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi

Proje Numarası

2018FEBE035

Teşekkür

Yazarlar, bu çalışmayı 2018FEBE035 numaralı proje kapsamında finansal olarak desteklediği için Pamukkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimine teşekkürlerini sunmaktadırlar.

Optimization of the Heat Sink of a Thermoelectric Generator System Used at Different Outdoor Temperatures

Öz

In this study, a thermoelectric generator (TEG) system was placed between the compressor and intercooler in a turbocharged tractor. Optimum fin thickness and fin spacing of heat sinks on the cold side of the TEG system for different outdoor temperatures were found using the Matlab program. Numerical analysis was carried out according to 7 different external environment temperatures (268, 278, 283, 288, 293, 298 and 303 K). By using the plot code in the Matlab program, the variations of the heat transfer from the heat sink with the fin thickness for different outdoor temperatures were obtained. Thus, optimum thickness values corresponding to maximum heat transfer were found. In addition, the variations of the number of fins and the total heat transfer areas of the finned surface with different external environment temperatures were investigated. It was determined that the optimum fin thickness and fin spacing increased with the increase in external environment temperature, while the number of fins and total heat transfer area decreased. As a result, it was found that the optimum fin thickness increased approximately 5.4% and the optimum fin spacing increased 11% at 303 K compared to 268 K temperature. However, it was determined that the number of finss decreased by 10.4% and the total heat transfer area decreased by approximately 10%.

Anahtar Kelimeler

Thermoelectric Generator, Turbo-Charger, Heat Sink

Proje Numarası

2018FEBE035

Kaynakça

• Paraskevas, A., Koutroulis, E. 2016. “A simple maximum power point tracker for thermoelectric generators,” Energy Conversion and Management, 108, 355-365. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.11.027
• Ahiska, R., Mamur, H. 2012. “A test system and supervisory control and data acquisition application with programmable logic controller for thermoelectric generators,” Energy Conversion and Management, 64, 15-22. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2012.05.010
• Shi, Y., Chen, X., Deng, Y., Gao, H., Zhu, Z., Ma, G., Han, Y., Hong, Y. 2015. “Design and performance of compact thermoelectric generators based on the extended three-dimensional thermal contact interface,” Energy Conversion and Management, 106, 110-117. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.09.031
• Champier, D. 2017. “Thermoelectric generators: A review of applications,” Energy Conversion and Management, 140, 167-181. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.02.070
• Zhao, Y., Wang, S., Ge, M., Li, Y., Liang, Z. 2017. “Analysis of thermoelectric generation characteristics of flue gas waste heat from natural gas boiler,” Energy Conversion and Management, 148, 820-829. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.06.029
• Angeline, A.A., Jayakumar, J., Asirvatham, L.G., Marshal, J.J., Wongwises, S. 2017. “Power generation enhancement with hybrid thermoelectric generator using biomass waste heat energy,” Experimental Thermal and Fluid Science, 85, 1-12. DOI: https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2017.02.015
• Liu, Y.H., Chiu, Y.H., Huang, J.W., Wang, S.C. 2016. “A novel maximum power point tracker for thermoelectric generation system,” Renewable Energy, 97, 306-318. DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2016.05.001
• Twaha, S., Zhu, J., Yan, Y., Li, B., Huang, K. 2017. “Performance analysis of thermoelectric generator using dc-dc converter with incremental conductance based maximum power point tracking,” Energy for Sustainable Development, 37, 86-98. DOI: https://doi.org/10.1016/j.esd.2017.01.003
• Okbaz, A., Onbaşıoğlu, H., Olcay, A.B., Pınarbaşı, A. 2017. “Panjur kanatlı ısı değiştiricilerinin performansının deneysel ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği yaklaşımı ile incelenmesi,” Mühendis ve Makina, 58 (687), 41-55.
• Potur, R. A. 2009. “Faz IIIB emisyon standardına cevap veren dizel traktör motorunun tasarımı için gerçek çevrimin matematik modellenmesi ve optimum yanma kanununun belirlenmesi,” Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 106-109.
• Lee, H.S. 2017. Thermoelectrics: Design and Materials, ISBN-13: 978-1118848951, Western Michigan University, USA: John Wiley & Sons, Inc.
• Gürcan, A. 2019. “Farklı boyutlarda termoelektrik jeneratör kullanılarak egzoz ısı enerjisinin geri kazanımı,” Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Denizli.
• Lee, H.S. 2010. Thermal Design: Heat Sinks, Thermoelectrics, Heat Pipes, Compact Heat Exchangers, and Solar Cells, ISBN 978-0-470-49662-6, Western Michigan University, USA: John Wiley & Sons, Inc.