Ejektörlü bir soğutma sisteminin tasarımında optimizasyon koşullarının teorik ve deneysel olarak araştırılması

Yıl 2017, Cilt: 23 Sayı: 4, 364 - 371, 18.08.2017

Gamze Yakut Mustafa Acar

Öz

Bu
çalışmada, ejektörlü bir soğutma sisteminin tasarlanmasında optimizasyon
koşulları teorik ve deneysel olarak araştırılmıştır. Çalışma akışkanı olarak su
tercih edilen ejektörlü soğutma sisteminde, Termodinamiğin I. yasa analizi
ejektör teorisine uygun şekilde yapılmıştır. Sistemin her bir noktasındaki
entalpi, sıcaklık, kütlesel debi ve hız gibi termodinamik özellikleri
hesaplanmıştır. Ejektörün boğaz bölgesinde gerçekleşen şok olayının teorik
olarak elde edilmesini sağlayan Rayleigh ve Fanno eğrilerinin kesişimi,
iterasyon yapılarak elde edilmiştir. Burada optimum değer elde edilerek ejektör
boyutlandırılması gerçekleştirilmiştir. Farklı çalışma şartları altında,
ejektörlü sistemin soğutma performans katsayısı (COP) ve akış sürüklenme oranı
(G) hesaplanmıştır. Sistem parametrelerinin, sistemin performans katsayısı ve
akış sürüklenme oranı üzerine olan etkileri incelenmiştir. Elde edilen
sonuçlar, grafikler ve tablolar halinde verilmiştir. Generatör sıcaklığı üç
farklı değer (80, 85 ve 90 °C) olarak belirlenerek analizler
gerçekleştirilmiştir ve sonuçlar elde edilmiştir. Farklı sıcaklık ve
basınçlarda soğutma performans katsayısının (COP) 0.15-0.42 ve akış sürüklenme
oranının (G) 0.15-0.45 arasında olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak ejektörlü
sistemin teorik ve deneysel analizlerinde, deneysel sonuçların teorik olarak
hesaplanan sonuçlara benzer olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Ejektörlü soğutma sistemi, Ejektör, COP

Kaynakça

• Örün N. Mekanik Soğutma Sistem Kondenserlerinde Oluşan Kirlenmelerin Enerji Tüketimine Etkileri. Yüksek Lisans Tezi, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, Karabük, Türkiye, 2006.
• Yakın M. Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevriminde Ejektör Kullanımının Performansa Etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, Karabük, Türkiye, 2007.
• Aktoprakoğlu A. Ejektörlü Soğutma Sisteminin Performansına Geometrik Parametrelerin Etkisinin Deneysel İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi, Konya, Türkiye, 2006.
• Toros H, Şahin AD, Deniz A, Şaylan L, Şen O. “Çukurova bölgesinde ısıtma/soğutma için bina yönlerinin belirlenmesi”. III. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Sempozyumu ve Sergisi YEKSEM2005, Mersin, Türkiye, 19-21 Eylül 2005.
• Keçebaş A, Kayfeci M. “Alternatif evsel klima sistemlerinin klasik buhar sıkıştırmalı sistemlerle karşılaştırılması”. 7. Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu, İstanbul, Türkiye, 17-19 Aralık 2008.
• Karslı S, Güllüce H, Saraç H. “Isıtma ve soğutma sistemlerinde enerji maliyetlerinin karşılaştırılması”. Ulusal İklimlendirme Kongresi, Antalya, Türkiye, 18-20 Kasım 2011.
• Ulaş Sİ, Kılıçaslan E. “Ev tipi bir soğutucuda cebri dolaşımlı hava dağıtım sisteminin enerji tüketimine etkisi”. 2. Ulusal İklimlendirme Soğutma Eğitimi Sempozyumu ve Sergisi, Balıkesir, Türkiye, 23-25 Ekim 2014.
• Chen J, Havtun H, Palm B. “Conventional and advanced exergy analysis of an ejector refrigeration system”. Applied Energy, 144(2015), 139-151, 2015.
• Huang BJ, Chang JM, Petrenko VA, Zhuk KB. “A solar ejector cooling system using refrigerant R141b”. Solar Energy, 64(4-6), 223-226, 1998.
• Al-Doori G, Buttsworth DR. “Pitot pressure measurements in a supersonic steam jet”. Experimental Thermal and Fluid Science, 58(2014), 56-61, 2014.
• Alexis GK. “Estimation of ejector’s main cross sections in steam-ejector refrigeration system”. Applied Thermal Engineering, 24(17-18), 2657-2663, 2004.
• Meyer AJ, Harms TM, Dobson RT. “Steam jet ejector cooling powered by waste or solar heat”. Renewable Energy, 34(1), 297-306, 2009.
• Thongtip T, Ruangtrakoon N, Aphornratana S. “Development of a steam jet refrigeration cycle for the actual application driven by low grade thermal energy”. Energy Procedia, 52, 110-119, 2014.
• Wu H, Liu Z, Han B, Li Y. “Numerical ınvestigation of the ınfluences of mixing chamber geometries on steam ejector performance”. Desalination, 353, 15-20. 2014.
• Varga S, Oliveira AC, Ma X, Omer SA, Zhang W, Riffat SB. “Experimental and numerical analysis of a variable area ratio steam ejector”. International Journal of Refrigeration, 34(7), 1668-1675, 2011.
• Zhang K, Shen S, Yang Y. “Numerical investigation on performance of the adjustable ejector”. International Journal of Low-Carbon Technologies, 5(2), 51-56, 2010.
• Zhu Y, Cai W, Wen C, Li Y. “Numerical ınvestigation of geometry parameters for design of high performance ejectors”. Applied Thermal Engineering, 29(5-6), 898-905, 2009.
• Alexis GK. “Exergy analysis of ejector-refrigeration cycle using water as working fluid”. International Journal of Energy Research, 29(2), 95-105, 2005.
• Bilir Sag N, Ersoy HK, Hepbasli A, Halkaci HS. “Energetic and exergetic comparison of basic and ejector expander refrigeration systems operating under the same external conditions and cooling capacities”. Energy Conversion and Management, 90, 184-194, 2015.
• Chen J, Havtun H, Palm B. “Conventional and advanced exergy analysis of an ejector refrigeration system”. Applied Energy, 144, 139-151, 2015.
• Khattab NM, Barakat MH. “Modeling the design and performance characteristics of solar steam-jet cooling for comfort air conditioning”. Solar Energy, 73(4), 257-267, 2002.
• Kumar NS, Ooi KT. “One dimensional model of an ejector with special attention to fanno flow within the mixing chamber”. Applied Thermal Engineering, 65(1-2), 226-235, 2014.
• Munday JT, Bagster DF. “A new ejector theory applied to steam jet refrigeration”. Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development, 16(4), 442-449, 1977.
• Saengmanee C, Pianthong K. “Design of a steam ejector by co-operating the esdu design method and CFD simulation”. The First TSME International Conference on Mechanical Engineering, Ubon Ratchathani, Thailand, 20-22 October 2010.
• Chandra VV, Ahmed MR. “Experimental and computational studies on a steam jet refrigeration system with constant area and variable area ejectors”. Energy Conversion and Management, 79, 377-386, 2014.
• Rusly E, Aye L, Charters WWS, Ooi A. “CFD analysis of ejector in a combined ejector cooling system”. International Journal of Refrigeration, 28(7), 1092-1101, 2005.
• Sharifi N, Sharifi M. “Reducing energy consumption of a steam ejector through experimental optimization of the nozzle geometry”. Energy, 66, 860-867, 2014.
• Varga S, Oliveira AC, Diaconu B. “Numerical assessment of steam ejector efficiencies using CFD”. International Journal of Refrigeration, 32(6), 1203-1211, 2009.
• Zhu Y, Jiang P. “Experimental and numerical ınvestigation of the effect of shock wave characteristics on the ejector performance”. International Journal of Refrigeration, 40, 31-42, 2014.
• Alexis GK, Katsanis JS. “Performance characteristics of a methanol ejector refrigeration unit”. Energy Conversion and Management, 45(17), 2729-2744, 2004.
• Alexis GK, Karayiannis EK. “A solar ejector cooling system using refrigerant R134a in the athens area”. Renewable Energy, 30(9), 1457-1469, 2005.
• Alexis GK, Rogdakis ED. “Performance of solar driven methanol–water combined ejector-absorption cycle in the athens area”. Renewable Energy, 25(2), 249-266, 2002.
• Aphornratana S, Chungpaibulpatana S, Srikhirin P. “Experimental ınvestigation of an ejector refrigerator: Effect of mixing chamber geometry on system performance”. International Journal of Energy Research, 25(5), 397-411, 2001.
• Rahman F, Umesh DB, Subbarao D, Ramasamy M. “Enhancement of entrainment rates in liquid-gas ejectors”. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 49(10), 1128-1135, 2010.
• Rogdakis ED, Alexis GK. “Design and parametric ınvestigation of an ejector in an air-conditioning system”. Applied Thermal Engineering, 20(2), 213-226, 2000.
• Dennis M, Cochrane T, Marina A. “A Prescription for primary nozzle diameters for solar driven ejectors”. Solar Energy, 115, 405-412, 2015.
• Ma X, Zhang W, Omer SA, Riffat SB. “Performance testing of a novel ejector refrigerator for various controlled conditions”. International Journal of Energy Research, 35(14), 1229-1235, 2011.
• Selbaş R, Üçgül İ, Şencan A, Kızılkan Ö. “Güneş enerjisi destekli buhar-jet soğutma sisteminin iklimlendirmede uygulanabilirliğinin araştırılması”. TMMOB Makine Mühendisleri Odası Güneş Enerjisi Sistemleri Sempozyumu ve Sergisi, Mersin, Türkiye, 20-21 Haziran 2003.
• Üçgül İ, Acar M, Koyun T. “Jeotermal buhar ejektörlü soğutma sistemi tersinmezliklerinin incelenmesi”. Tesisat Mühendisliği Dergisi, 88, 31-34, 2005.
• Üçgül İ. “Soğuk depolama için güneş enerjili ejektör soğutma sistemi uygulamasının termodinamik çevresel ve ekonomik analizleri”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 15(2), 269-277, 2009.
• Ersoy HK, Yapıcı R. “Güneş enerjisi kaynaklı ejektörlü soğutma sisteminin performansının araştırılması”. TMMOB Makine Mühendisleri Odası Güneş Enerjisi Sistemleri Sempozyumu ve Sergisi, Mersin, Türkiye, 20-21 Haziran 2003.
• Üçgül İ, Akgül G. “İklimlendirme için güneş enerjili ejektörlü soğutma sistemi uygulamasının termodinamik, çevresel ve ekonomik analizi”. Yekarum Dergi, 1(1), 12-23, 2010.
• Eames IW, Aphornratana S, Haider H. “A theoretical and experimental study of a small-scale steam jet refrigerator”. International Journal of Refrigeration, 18(6), 378-386, 1995.
• Alexis GK, Rogdakis ED. “A verification study of steam-ejector refrigeration model”. Applied Thermal Engineering, 23(1), 29-36, 2003.
• Alexis GK. “Performance parameters for the design of a combined refrigeration and electrical power cogeneration system”. International Journal of Refrigeration, 30(6), 1097-1103, 2007.
• Sun DW. “Solar powered combined ejector-vapour compression cycle for air conditioning and refrigeration”. Energy Conversion and Management, 38(5), 479-491, 1997.
• Ghorbanian S, Nejad SJ. “Ejector modeling and examining of possibility of replacing liquid vacuum pump in vacuum production systems”. International Journal of Chemical Engineering and Applications, 2(2), 91-97, 2011.