Search

Thermoacoustic cooling systems are insufficiently compared to compressor compression cooling systems. The reasons for this should be investigated and solved. The performance of a thermoacoustic cooling system depends on many factors. The cooling system's success is possible by precisely determining the contributions of these factors to thermoacoustic cooling. However, both numerical and experimental studies in the literature on the subject contain certain limitations. One of the most important of these is that the studies were carried out with constant frequency and only a sine wave. This study examined the effect of this approach on thermoacoustic cooling. Thus, a polypropylene stack is placed in the resonance tube, and experiments were carried out. Air is used as a refrigerant. Five different wave types (sine, square, triangle, sawtooth, and trapeze) were used as wave types; resonance tube diameters were also selected as 50, 70, and 100 mm. The study determined that the resonance tube's diameter to be selected and the wave type were related. For the highest Delta T value, it turned out that the use of a 50 mm tube diameter sine wave, 70 mm tube diameter sawtooth wave, and 100 mm tube diameter trapezoidal wave were more appropriate than the other waveforms. the use of a sawtooth wave instead of a sine wave for the 70 mm tube diameter increased the cooling capacity by 2.61%, and trapezoidal wave usage for 100 mm tube diameter increased by 5.91%. (C) 2021 Elsevier Ltd and IIR. All rights reserved.

The need for cooling is more and more important in current applications, as environmental constraints become more and more restrictive. Therefore, the optimization of reverse cycle machines is currently required. This optimization could be split in two parts, namely, (1) the design optimization, leading to an optimal dimensioning to fulfill the specific demand (static or nominal steady state optimization), and (2) the dynamic optimization, where the demand fluctuates, and the system must be continuously adapted. Thus, the variability of the system load (with or without storage) implies its careful control-command. The topic of this paper is concerned with part (1) and proposes a novel and more complete modeling of an irreversible Carnot refrigerator that involves the coupling between sink (source) and machine through a heat transfer constraint. Moreover, it induces the choice of a reference heat transfer entropy, which is the heat transfer entropy at the source of a Carnot irreversible refrigerator. The thermodynamic optimization of the refrigerator provides new results regarding the optimal allocation of heat transfer conductances and minimum energy consumption with associated coefficient of performance (COP) when various forms of entropy production owing to internal irreversibility are considered. The reported results and their consequences represent a new fundamental step forward regarding the performance upper bound of Carnot irreversible refrigerator.

Controllable loop thermosyphon (CLT) can be used as a significant temperature management component in solar- and electric-powered cool-storage refrigerators. However, the behaviours of CLT with non-condensable gas (NCG) under active control require further investigation. In this study, air is mixed in working fluid R134a as NCG to evaluate the steady-state and start-stop performances of CLT for selected control modes. CLT with 0–0.62% NCG is tested. The larger the amount of NCG is, the lower the heat transfer rate is. When the mass ratio of NCG reaches 0.62%, the steady-state heat transfer rate varies from 245.0 W to the minimum 118.6 W for different heat sink temperatures. This finding means that CLT loses efficacy due to the excess NCG. In addition, the start-up performances of the two modes decrease as the mass ratio of NCG increases to 0.31% and become entirely unacceptable when NCG reaches 0.47%. By contrast, the stopping time of CLT remains less than 100 s in various conditions. Results indicate that the mass ratio of NCG should be less than 0.47%, and CLT with NCG is suggested to be controlled by the valve in the vapour line.

The second law of thermodynamics is applied to evaluate the influence of entropy generation on the performances of a cold heat exchanger of an experimental Stirling refrigeration machine by means of three factors: the entropy generation rate N S , the irreversibility distribution ratio ϕ and the Bejan number B e | N S based on a dimensionless entropy ratio that we introduced. These factors are investigated as functions of characteristic dimensions of the heat exchanger (hydraulic diameter and length), coolant mass flow and cold gas temperature. We have demonstrated the role of these factors on the thermal and fluid friction irreversibilities. The conclusions are derived from the behavior of the entropy generation factors concerning the heat transfer and fluid friction characteristics of a double-pipe type heat exchanger crossed by a coolant liquid (55/45 by mass ethylene glycol/water mixture) in the temperature range 240 K &lt, TC &lt, 300 K. The mathematical model of entropy generation includes experimental measurements of pressures, temperatures and coolant mass flow, and the characteristic dimensions of the heat exchanger. A large characteristic length and small hydraulic diameter generate large entropy production, especially at a low mean temperature, because the high value of the coolant liquid viscosity increases the fluid frictions. The model and experiments showed the dominance of heat transfer over viscous friction in the cold heat exchanger and B e | N S &rarr, 1 and ϕ &rarr, 0 for mass flow rates m ˙ &rarr, 0.1 kg.s&minus, 1.

Most of electricity is consumed in either commercial or domestic refrigeration systems. Since the outer volume is determined, inner volume of a refrigeration system is important for a specified energy consumption. Therefore, the optimum distribution of insulation material according to inside and outside conditions for on and off time of a refrigerator is very important. Uniform distribution of insulation material is useful only convection and conduction resistances are the same for all sides and also on and off periods. In this study, a general solution of the optimum distribution of thermal insulation material for a given insulation material volume or given inner volume is suggested for refrigeration systems and also explained by a case study.

Soğutma çevriminin bir uygulaması olan buzdolaplarında soğutma çok değişkenli etkenlere bağlıdır. Bu etkenler çevresel faktörlerle alakalı olduğu kadar soğutma çevrimi elemanları ve bunların tasarımı ile de doğrudan ilgilidir. Sistem tasarımı yapılırken çevrim elemanlarının sistem üzerindeki etkisi göz önünde bulundurulmalıdır. Her bir eleman için uygun olmayan tasarım ya soğutmanın yetersiz olmasına, ya da ihtiyaçtan daha fazla soğutma kapasitesi nedeniyle kaynak israfına ve maliyet artışına neden olur. Bu nedenle her bir soğutma elemanının sistemin soğutma performansına ve maliyete etkisi belirlenmeli ve optimum bir tasarım tespit edilmelidir. Bu doğrultuda bu doktora tez çalışmasında buzdolabı soğutma bileşenlerinin ana elemanlarından olan kondanserlerin sistem performansına etkileri incelenmiş, yeni kondanser tasarımları geliştirilmiş ve bu tasarımların performansları deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Tezin ilk bölümü soğutmanın tarihçesi ve günümüze kadar olan gelişimi hakkında bilgi verilmiştir. İkinci bölümde günümüz buzdolaplarının büyük bir kısmında kullanılan buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi ile ilgili bilgiler verilmiş ve ideal ve gerçek çevrimler arasındaki farklardan bahsedilmiştir. Üçüncü bölümde soğutma çevrimi ve sistemi bileşenleri tanıtılmış ve farklı soğutma sistemlerinde kullanılan kompresör, genleşme valfi/kılcal boru, buharlaştırıcı ve bu tez çalışmasının konusu olması itibarıyla da bilhassa kondanser tipleri tanıtılmıştır. Dördüncü bölümde ise buzdolaplarında yer alan bileşenler hakkında bilgi verilmiştir. Beşinci bölümde soğutma bölmelerine, her birimdeki bölme sayısına, bölmelerin dağılımına, soğutma hattı tasarımına, soğutma teknolojisine ve soğutma kontrolüne göre farklılıklar içeren soğutucu cihaz tipleri tanıtılmıştır. Altıncı bölümde tezde ele alınan BM36 tip ankastre buzdolabı, bu buzdolabında kullanılan kondanser tipleri ve kondanserin yer aldığı agregat bölmesi hakkında bilgiler verilmiştir. Bölüm yedi literatür araştırmasını ve literatürde konu ile ilgili yer alan patentleri içermektedir. Sekizinci bölümde bu tez çalışması kapsamında tasarlanan kondanserler ve üretim yöntemleri, kondanserin performans testlerinde kullanılan test yöntemleri ve süreçleri hakkında bilgi verilmiştir. Bu bölümde ayrıca kondanser muhafazası içerisinde ve kondanser boruları etrafındaki akış ve ısı transferine ait yönetici denklemler verilmiştir. Tezin son bölümü olan dokuzuncu bölümde ise çalışmada ele alınan kondanser tipleri için performans test sonuçları ve simülasyon sonuçları verilmiş ve sonuçlar değerlendirilmiştir. Sonuçlar bu tez çalışması kapsamında tasarlanan wot kondanserler ile coil kondansere ve mevcut wot kondansere göre daha iyi soğutma performansları elde edilebileceğini göstermiştir. Sonuçlar wot kondanser de kullanılan tel sayısı arttırılarak soğutma performansında önemli artışlar elde edilebileceğini göstermektedir. Coil kondansere göre üretim yönteminin kolaylığı, yaygınlığı ve soğutma performansının boru boyunda artırım yerine nispeten ucuz tel sayısında artış ile iyileştirilebilmesi neticesinde önerilen wot kondanser maliyet açısından da avantaja sahiptir. Tasarlanan wot kondanserlerin ayrıca hava fanının kondansere dik akış sağlayacak şekilde konumlandırılması ile mevcut yerleşime göre daha iyi soğutma performansı sağlayacağı değerlendirilmektedir. Dolayısıyla bu konuda yapılacak çalışmalar bu tez aracılığı ile elde edilen bilgi düzeyini bir basamak daha ileri taşıyacaktır. Cooling process in refrigerators, which is an application of cooling cycle, is dependent on multi-variable factors. These factors are directly related to the components in the cooling cycle and design of these components as well as environmental factors. When designing a system, effects of the cycle components on the system should be considered. An unsuitable design of any component causes insufficient cooling, or a waste of resources and an increase in cost due to the redundant cooling capacities. Therefore, the effects of each component on cooling performance and cost must be specified, and an optimum design must be determined. In this PhD thesis, the effects of condensers on system performance are investigated, the novel condenser designs are developed, and the performances of these newly developed condensers are studied experimentally and numerically. In the first chapter of the thesis, history of cooling and developments in cooling are introduced. In the second chapter, vapor-compression cooling cycle used in today’s refrigerators and differences between ideal and real cycles are introduced. The third chapter is on components in cooling cycles and systems: compressors, expansion valves/capillary tubes, evaporators and condensers. The fourth chapter is devoted to the components in refrigerators. In fifth chapter, cooling device types classified according to the cooling compartments, the number of compartments in each unit, distribution of compartments, design of cooling line, cooling technology, and cooling control are introduced. In the sixth chapter, the BM36 type built-in refrigerators considered in this thesis study, condenser types used in these refrigerators, and agregat compartment where condenser is placed are introduced. The seventh chapter is devoted to the studies and patents in the literature. In the eight chapter, condensers designed in this study, production methods of them, and the test methods and processes used in the condenser performance tests are introduced. This chapter also contains governing equations of flow and heat transfer in the cavity between condenser housing and tubes. In the last chapter, the results of performance tests and computational simulations are given and discussed. The results obtained in this study show that the wot condensers designed in this study produce higher cooling performances when they are compared to coil and present wot condensers. The results also show that cooling performance can be increased significantly by increasing the number of wires on tubes of condenser. The proposed wot condensers also have cost advantage due to the production simplicity with respect to coil condensers, due to being a more common condenser type, and due to the possibility of cooling performance enhancement by relatively cheaper method of adding extra wires instead of increasing the tube length. Moreover, the wot condensers designed in this study are expected to produce higher cooling performance when it is placed perpendicular to the air flow. Therefore, the future studies on this subject are expected to promote the knowledge level to a higher level.

Dünya nüfusundaki hızlı artış, enerji tüketiminde de gözle görülür bir yükselişe neden olmaktadır. Bu kapsamda enerji kaynaklarının hızla azalması, yeni enerji kaynağı araştırmalarını ve enerji tüketimini azaltmaya yönelik hamleleri arttırmaktadır. Bu tez kapsamında bir minikanal yoğuşturucunun performansı, diğer yoğuşturucular ile deneysel olarak karşılaştırılarak incelenmiştir. Genel olarak, tek fazlı akışın görüldüğü sistem üzerinde incelenmiş olan yoğuşturucular, çift fazlı durum için de bilgilendirecek düzeyde incelenmiştir. Genel olarak 3 ana gruptan oluşan deneysel çalışmalarda, ilk önce hava tüneli üzerinde hava akışının etkisi ihmal edilerek performans ölçümü gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada, yoğuşturucular gerçek konumlarına yerleştirilmiş ve performans ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Son aşamada ise, performansının mevcut yoğuşturucuya göre daha yüksek olduğu belirlenen bir yoğuşturucu ile mevcut yoğuşturucu çift fazlı akışın olduğu gerçek sistemde, ısı odasında test edilmiştir. Deneylerin sonucuna göre minikanal yoğuşturucunun performansı referans yoğuşturucuya göre %38 daha yüksek çıkmıştır. Heavy increase in World's population results in noticeably augmentation on energy consumption. Within this scope, sharp decrease in energy sources rises new energy source research and energy consumption reduction oriented moves. Within the scope of this thesis, a mini-channel condenser is examined by its performance and compared between other condensers by experimentally. Generally, condensers examined in this thesis are operated in single phase flow system. Also, some experiments are realized in two phase flow system to obtain sufficiently advisable information. In general, this part can be divided to 3 main sections. In the first section, an air tunnel is prepared and by this way air flow effect on condensers is eliminated. In the second part of the experimental analysis in the thesis, condensers are put into their original place and then their performance experiments are conducted. In the last section, the condenser which has more performance value than other condensers is compared with reference condenser in the real system that has original refrigeration cycle and two phase flow in the chamber of labor. According the results of the experiments, it is shown that the performance of minichannel condenser is higher than reference condenser by %38. 123

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2012, Son yıllarda tüketicilerin, gıdaların uzun süreli taze kalmasına yönelik buzdolabı performans beklentileri artmaktadır. Bununla birlikte gıdanın tazeliğini koruması, soğutucu kompartman içerisindeki sıcaklık dağılımı ile doğrudan ilgilidir. Uygun olmayan sıcaklık koşullarında gıdalar tazeliğini kısa sürede kaybetmektedir. Bu nedenle kabin içerisinde düzgün sıcaklık dağılımının eldesi gıdaların tazeliği, dolayısıyla insan sağlığı açısından hayati bir öneme sahiptir. Konu bu yönüyle, beyaz eşya sektörünün öncü ürünü olan buzdolabında üzerine en çok yoğunlaşılan alanlardan birini oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında da statik tip bir buzdolabının soğutucu bölmesindeki sıcaklık dağılımı irdelenmiş, kabin içerisinde hava sirkülasyonunu arttırmaya yönelik kullanılan eksenel fanın, bölme içerisindeki sıcaklık dağılım kalitesini kötüleştirmeden, kullanımının iptaline yönelik inceleme yapılmıştır. Zaman ve maliyet avantajı sebebiyle çalışma sayısal çözüm odaklı yürütülüp, deneysel çalışmalar ile desteklenmiştir. Çalışmada öncelikle, soğutucu bölme içerisindeki ısı transferi mekanizmasını anlamaya yönelik temel teorik incelemeler yapılmıştır. Yapılan incelemeler neticesinde elde edilen sonuçlar ileride sayısal modelin oluşturulmasında kullanılmıştır. Sonraki adım olan sayısal modelleme esnasında, deneysel çalışmalardaki kapasite problemi nedeniyle, kabin içerisinde simetrik akış kabulü yapılarak, soğutucu bölme hacminin yarısı üzerinde sayısal model oluşturulmuştur. Soğutucu kompartmanın en alt kısmında yer alan sebzelik bölmesi farklı bir akış karakteristiğine sahip olması nedeniyle modele dahil edilmemiştir. Katı model oluşturulurken cam raflar ve kapı rafları akışa engel eleman olarak tanımlanıp çözüme dahil edilmemişlerdir. Kompartman içerisinde açıya sahip yüzeylerde düz yüzey kabulü yapılmıştır. Kabin içerisindeki hava hacmini temsil eden katı modelin oluşturulmasından sonra model üzerinde yapısal çözüm ağı örülmüştür. Bir önceki katı model adımında yapılan kabuller neticesinde model hacmi, yüksek kalitedeki hexahedral elementlere bölünmüştür. Teorik incelemeler esnasında, kabin içerisinde laminer akış koşullarının geçerli olduğu ve ışınım ile olan ısı aktarımının taşınım ile aynı mertebede olduğu elde edildi. Bunun sonucu olarak, sayısal modelde laminer akış kabulü yapılmış ve ışınım ile olan ısı geçişi modele dahil edilmiştir. Doğal taşınım etkisi modele dahil edilirken ise kabin içerisindeki sıcaklık farklarının düşük olması nedeniyle Boussinesq kabulü yapılmıştır. Sayısal modelin doğrulanması, kabin içerisindeki raflar arasına konumlandırılan ve bölmenin sıcaklık dağılımının belirlenmesinde kullanılan standart ısıl çift sıcaklık değerlerine göre yapılmaktadır. Standart ısıl çift sıcaklık değeri olarak, buzdolabının periyodik çalışma yaptığı kararlı rejim durumundaki ortalama sıcaklık değerler alınmaktadır. Sayısal modelin doğrulanması, modelde standart ısıl çiftleri temsil eden noktalardaki sayısal sıcaklık değerlerinin deneysel ortalama sıcaklık değerleri ile karşılaştırılması sonucu gerçekleştirilir. Bu nedenle sayısal model oluşturulurken, sürekli rejim ve yüzeylerde sabit sıcaklık kabulleri yapılmıştır. Cam raflar ve kapı raflarına ait yüzeylerde ise adyabatik duvar şartı tanımlanmıştır. Sınır şart tayini amacıyla yapılan yüzey sıcaklık ölçümleri daha önce de belirtildiği üzere periyodik çalışma durumundaki ortalama sıcaklık değerleridir. Sayısal modelin oluşturulması ve doğrulanmasında kullanılan deneysel sıcaklık sonuçları, buzdolabının, belirli sıcaklık ve bağıl nem değerlerine sahip deney odasında test edilmesi ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmada incelenen buzdolabında soğutucu bölmede eksenel fanın kullanılıp kullanılmamasına bağlı olarak 2 farklı konfigürasyon mevcuttur. Teorik inceleme ve deneysel çalışmaların da yardımı ile oluşturulan sayısal modelin, öncelikle buzdolabı soğutucu bölmesi mevcut konfigürasyonları üzerindeki çözümü yapılmıştır. İlk olarak fansız konfigürasyona ait sonuçlar incelenmiştir. Kabin içerisindeki sıcaklıkların yukarıdan aşağıya doğru azalarak, dikey yönde belirgin bir sıcaklık farkının oluştuğu görülmüştür. Fanlı konfigürasyon için sayısal sonuçlar incelendiğinde, fan etkisiyle oluşan sirkülasyon sebebiyle üst bölgelerdeki sıcaklıkların düştüğü, dolayısıyla raf sıcaklık değerlerinin birbirine yaklaşarak dikey yönde oluşan sıcaklık dengesizliğinin azaldığı ve kabin içerisinde daha düzgün bir sıcaklık dağılımın elde edildiği görülmüştür.Yapılan sayısal çalışmalara ait sonuçlar deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmış ve sonuçların birbirleriyle uyumlu olduğu görülmüş ve bu sayede sayısal modelin doğruluğu kanıtlanmıştır. Sonrasında, mevcut konfigürasyon sonuçlarından elde edilen bilgiler doğrultusunda, maliyet, imal edilebilirlik ve montaj kolaylığı gibi bir takım seri imalat parametrelerine de göz önünde bulundurarak, kullanılan loop sayısına bağlı olarak 2 farklı buharlaştırıcı tasarımı gerçekleştirilmiştir. Fan kullanımı olmayan ve yeni buharlaştırıcılardan oluşan modeller üzerinde sayısal çözümler yapılmıştır. Sayısal sonuçlar incelendiğinde, mevcut duruma göre fazla sayıda looptan oluşan 1 nolu tasarımın sıcaklık dağılım kalitesi, mevcut konfigürasyonlar arasında ve fansız konfigürasyona yakın olacak şekilde elde edilmiştir. Mevcut duruma göre az sayıda looptan oluşan 2 nolu tasarımda ise, raf sıcaklık değerleri birbirine yakın olarak elde edilmiş, raflar arasındaki maksimum sıcaklık farkı ve standartma gibi sıcaklık dağılım kalitesi değerlerinin mevcut fanlı konfigürasyona ait değerler ile aynı mertebelerde olduğu görülmüştür. Bir önceki aşamada olduğu gibi, sayısal sonuçların deneysel sonuçlar ile doğrulaması yapılmıştır. Yeni buharlaştırıcı tasarımlarının imali gerçekleştirilip, fan kullanımının olmadığı buzdolapları hazırlanmış ve ürünler teste tabi tutulmuştur. Elde edilen deneysel sonuçlar ile sayısal sonuçların tutarlı olduğu, sayısal sonuçların deneysel sonuçlardan sapma miktarının %10’un aşağısı gibi kabul edilebilir limitler içerisinde kaldığı görülmüştür. Sonuç olarak, çalışılan statik buzdolabı soğutucu bölmesi üzerinde sayısal çözümler yaparak, kabin içerisinde hava sirkülasyonunu arttırmaya yönelik kullanılan eksenel fanın iptalini sağlayan ve kabin içerisindeki sıcaklık dağılım kalitesini fanlı konfigürasyonla aynı tutan bir buharlaştırıcı tasarımı ortaya konmuştur. Ayrıca, buzdolabının temel görevi olan, gıdaların tazeliğini koruyarak uzun süreli muhafaza edilmesi işleminde, kabin içerisindeki sıcaklık ile beraber diğer önemli parametre nem miktarıdır. Dolayısıyla bu çalışmanın devamı olarak soğutucu bölme içerisindeki kütle transferinin konu edilmesi, gıdaların buzdolabı içerisindeki muhafazasının incelenmesi ve iyileştirilmesi açısından faydalı bir çalışma olacaktır., In recent years, expectations of consumers regarding the refrigerator performance keeping foods fresh in long term, have been increasing. At the same time, to protect food fresh is directly related to distribution of temperature in the fridge compartment. In unsuitable temperature conditions, foods lose their freshness at a short time. Therefore, achievement of uniform temperature distribution in the fridge compartment has a vital importance in terms of human health. For this aspect, specified topic is one of the most significance fields in refrigerator leading product of the white goods industry. In this thesis, temperature distribution in the fridge compartment of static refrigerator has been examined and axial fan used for increasing air circulation in the compartment has been made investigation intended for its cancellation without making worse the quality of temperature distribution in the compartment. Due to time and cost advantages, study has been conducted with the focus of numerical solution, and supported with experimental studies. Firstly, in the study, fundamental theoretical investigations have been carried out to understand the mechanism of heat transfer in the fridge compartment. As a consequence of investigations, results have been used for the preparation of numerical model. In the next step, because of capacity problem in the experimental studies, the numerical model has been developed over half of the volume of fridge compartment by assuming symmetrical air flow inside the compartment. Crisper division at the bottom of the fridge compartment has not been included into the numerical model owing to having different air flow characteristic. While creating solid model, glass shelves and door shelves have not been incorporated into the solution and defined as obstacles to the air flow. Flat surface assumption has been accepted on the angled surfaces in the compartment. After the designing of solid model representing the volume of air inside the compartment, structural mesh has been built on the model. The result of assumptions had been made in the previous step of the solid model, model volume has been divided into high-quality hexahedral mesh elements. During theoretical inspections, validation of laminar flow conditions in the compartment and heat transfer by radiation is in the same order as convection have been obtained. As a result of this, laminar flow assumption has been accepted and heat transfer with radiation has been included into the model. While natural convection effects have been included into the model, Boussinesq assumption has been accepted because of low temperature differences inside the compartment. Verification of the numerical model has been made according to the temperature values of the standard thermocouples taken place between glass shelves and used for determining the temperature distribution in the fridge compartment. As the value of standard thermocouple temperature, the average temperature values have been taken in the steady state regime in which refrigerator works periodically. Confirmation of the numerical model has been performed as a result of comparison with the experimental values of the average temperatures and numerical temperature values in the points standing for the standard thermocouples in the model. For this reason, creating a numerical model, fixed temperature on surfaces and steady state assumptions have been applied. Differently, adiabatic wall condition has been defined on the surfaces of glass shelves and door shelves. Measurements of surface temperature for the purpose of determination of boundary conditions are average temperature values in the case of periodic working as stated earlier. The results of the experimental temperature measurement used in the creation and verification of the numerical model have been carried out by testing refrigerator in the experiment room having specific temperature and relative humidity values. There are two different configurations depending on axial fan usage in the fridge compartment of refrigerator examined in the study. Firstly, numerical model created with the help of theoretical investigations and experimental studies has been solved over current configurations of the fridge compartment. Afterwards, the results of configuration without fan has been examined. It has been seen that temperature in the compartment decreases from top to the bottom and significant temperature difference occurs in the vertical direction. When the numerical results have been analyzed for the configuration with fan, it has been observed that, due to the effect of fan circulation, temperature falls in upper regions; temperature imbalance formed in the vertical direction decreases and more uniform temperature distribution is obtained in the compartment. Then, results of numerical studies have been compared with experimental values, results are compatible with each other and in this way, the accuracy of the numerical model has been proved. Following, based on information gathered from the results of the current configurations, by considering serial production parameters such as cost, ease of manufacturing and assembly, two different evaporator designs have been carried out depending on the number of using loop. Numerical solutions have been performed over models with new evaporators by cancelling fan usage. When numerical results have been analyzed, the quality of temperature distribution of the design number one, having more number of loop than that of current one, has been obtained to be close to the current configuration without fan and between the existing configurations. On the contrary, it has been observed that in design number two, having less number of loops than current one, the shelf temperature values are obtained close to each other, the quality values of temperature distribution such as maximum temperature difference and standart deviation between shelves are at the same order with the values of current configuration with fan. As in the previous step, numerical results have been validated with experimental results. Production of the new evaporator designs has been completed, refrigerators without the use of fan have been prepared and the products have been tested. It has shown that numerical results are consistent with experimental values, and the amount of deviation from experimental results is below 10% which remains within acceptable limits. As a result, by making numerical solutions on the fridge compartment of a static refrigerator, an evaporator design keeping the same temperature distribution quality in the compartment with current configuration with fan and providing cancellation of the axial fan increasing air circulation in the volume has been created. Furthermore, in the process of keeping freshness of foods in a long term which is the main task of a refrigerator, another significant parameter is moisture together with temperature. Therefore, investigation of mass transfer within the compartment as a continuation of this study will be an useful work for analyzing and improvement of storage of foods in the refrigerator., Yüksek Lisans, M.Sc.

Son yıllarda tüketicilerin, gıdaların uzun süreli taze kalmasına yönelik buzdolabı performans beklentileri artmaktadır. Bununla birlikte gıdanın tazeliğini koruması, soğutucu kompartman içerisindeki sıcaklık dağılımı ile doğrudan ilgilidir. Uygun olmayan sıcaklık koşullarında gıdalar tazeliğini kısa sürede kaybetmektedir. Bu nedenle kabin içerisinde düzgün sıcaklık dağılımının eldesi gıdaların tazeliği, dolayısıyla insan sağlığı açısından hayati bir öneme sahiptir. Konu bu yönüyle, beyaz eşya sektörünün öncü ürünü olan buzdolabında üzerine en çok yoğunlaşılan alanlardan birini oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında da statik tip bir buzdolabının soğutucu bölmesindeki sıcaklık dağılımı irdelenmiş, kabin içerisinde hava sirkülasyonunu arttırmaya yönelik kullanılan eksenel fanın, bölme içerisindeki sıcaklık dağılım kalitesini kötüleştirmeden, kullanımının iptaline yönelik inceleme yapılmıştır. Zaman ve maliyet avantajı sebebiyle çalışma sayısal çözüm odaklı yürütülüp, deneysel çalışmalar ile desteklenmiştir.Çalışmada öncelikle, soğutucu bölme içerisindeki ısı transferi mekanizmasını anlamaya yönelik temel teorik incelemeler yapılmıştır. Yapılan incelemeler neticesinde elde edilen sonuçlar ileride sayısal modelin oluşturulmasında kullanılmıştır. Sonraki adım olan sayısal modelleme esnasında, deneysel çalışmalardaki kapasite problemi nedeniyle, kabin içerisinde simetrik akış kabulü yapılarak, soğutucu bölme hacminin yarısı üzerinde sayısal model oluşturulmuştur. Soğutucu kompartmanın en alt kısmında yer alan sebzelik bölmesi farklı bir akış karakteristiğine sahip olması nedeniyle modele dahil edilmemiştir. Katı model oluşturulurken cam raflar ve kapı rafları akışa engel eleman olarak tanımlanıp çözüme dahil edilmemişlerdir. Kompartman içerisinde açıya sahip yüzeylerde düz yüzey kabulü yapılmıştır. Kabin içerisindeki hava hacmini temsil eden katı modelin oluşturulmasından sonra model üzerinde yapısal çözüm ağı örülmüştür. Bir önceki katı model adımında yapılan kabuller neticesinde model hacmi, yüksek kalitedeki hexahedral elementlere bölünmüştür. Teorik incelemeler esnasında, kabin içerisinde laminer akış koşullarının geçerli olduğu ve ışınım ile olan ısı aktarımının taşınım ile aynı mertebede olduğu elde edildi. Bunun sonucu olarak, sayısal modelde laminer akış kabulü yapılmış ve ışınım ile olan ısı geçişi modele dahil edilmiştir. Doğal taşınım etkisi modele dahil edilirken ise kabin içerisindeki sıcaklık farklarının düşük olması nedeniyle Boussinesq kabulü yapılmıştır. Sayısal modelin doğrulanması, kabin içerisindeki raflar arasına konumlandırılan ve bölmenin sıcaklık dağılımının belirlenmesinde kullanılan standart ısıl çift sıcaklık değerlerine göre yapılmaktadır. Standart ısıl çift sıcaklık değeri olarak, buzdolabının periyodik çalışma yaptığı kararlı rejim durumundaki ortalama sıcaklık değerler alınmaktadır. Sayısal modelin doğrulanması, modelde standart ısıl çiftleri temsil eden noktalardaki sayısal sıcaklık değerlerinin deneysel ortalama sıcaklık değerleri ile karşılaştırılması sonucu gerçekleştirilir. Bu nedenle sayısal model oluşturulurken, sürekli rejim ve yüzeylerde sabit sıcaklık kabulleri yapılmıştır. Cam raflar ve kapı raflarına ait yüzeylerde ise adyabatik duvar şartı tanımlanmıştır. Sınır şart tayini amacıyla yapılan yüzey sıcaklık ölçümleri daha önce de belirtildiği üzere periyodik çalışma durumundaki ortalama sıcaklık değerleridir. Sayısal modelin oluşturulması ve doğrulanmasında kullanılan deneysel sıcaklık sonuçları, buzdolabının, belirli sıcaklık ve bağıl nem değerlerine sahip deney odasında test edilmesi ile gerçekleştirilmiştir.Çalışmada incelenen buzdolabında soğutucu bölmede eksenel fanın kullanılıp kullanılmamasına bağlı olarak 2 farklı konfigürasyon mevcuttur. Teorik inceleme ve deneysel çalışmaların da yardımı ile oluşturulan sayısal modelin, öncelikle buzdolabı soğutucu bölmesi mevcut konfigürasyonları üzerindeki çözümü yapılmıştır. İlk olarak fansız konfigürasyona ait sonuçlar incelenmiştir. Kabin içerisindeki sıcaklıkların yukarıdan aşağıya doğru azalarak, dikey yönde belirgin bir sıcaklık farkının oluştuğu görülmüştür. Fanlı konfigürasyon için sayısal sonuçlar incelendiğinde, fan etkisiyle oluşan sirkülasyon sebebiyle üst bölgelerdeki sıcaklıkların düştüğü, dolayısıyla raf sıcaklık değerlerinin birbirine yaklaşarak dikey yönde oluşan sıcaklık dengesizliğinin azaldığı ve kabin içerisinde daha düzgün bir sıcaklık dağılımın elde edildiği görülmüştür.Yapılan sayısal çalışmalara ait sonuçlar deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmış ve sonuçların birbirleriyle uyumlu olduğu görülmüş ve bu sayede sayısal modelin doğruluğu kanıtlanmıştır. Sonrasında, mevcut konfigürasyon sonuçlarından elde edilen bilgiler doğrultusunda, maliyet, imal edilebilirlik ve montaj kolaylığı gibi bir takım seri imalat parametrelerine de göz önünde bulundurarak, kullanılan loop sayısına bağlı olarak 2 farklı buharlaştırıcı tasarımı gerçekleştirilmiştir. Fan kullanımı olmayan ve yeni buharlaştırıcılardan oluşan modeller üzerinde sayısal çözümler yapılmıştır. Sayısal sonuçlar incelendiğinde, mevcut duruma göre fazla sayıda looptan oluşan 1 nolu tasarımın sıcaklık dağılım kalitesi, mevcut konfigürasyonlar arasında ve fansız konfigürasyona yakın olacak şekilde elde edilmiştir. Mevcut duruma göre az sayıda looptan oluşan 2 nolu tasarımda ise, raf sıcaklık değerleri birbirine yakın olarak elde edilmiş, raflar arasındaki maksimum sıcaklık farkı ve standartma gibi sıcaklık dağılım kalitesi değerlerinin mevcut fanlı konfigürasyona ait değerler ile aynı mertebelerde olduğu görülmüştür. Bir önceki aşamada olduğu gibi, sayısal sonuçların deneysel sonuçlar ile doğrulaması yapılmıştır. Yeni buharlaştırıcı tasarımlarının imali gerçekleştirilip, fan kullanımının olmadığı buzdolapları hazırlanmış ve ürünler teste tabi tutulmuştur. Elde edilen deneysel sonuçlar ile sayısal sonuçların tutarlı olduğu, sayısal sonuçların deneysel sonuçlardan sapma miktarının %10'un aşağısı gibi kabul edilebilir limitler içerisinde kaldığı görülmüştür.Sonuç olarak, çalışılan statik buzdolabı soğutucu bölmesi üzerinde sayısal çözümler yaparak, kabin içerisinde hava sirkülasyonunu arttırmaya yönelik kullanılan eksenel fanın iptalini sağlayan ve kabin içerisindeki sıcaklık dağılım kalitesini fanlı konfigürasyonla aynı tutan bir buharlaştırıcı tasarımı ortaya konmuştur. Ayrıca, buzdolabının temel görevi olan, gıdaların tazeliğini koruyarak uzun süreli muhafaza edilmesi işleminde, kabin içerisindeki sıcaklık ile beraber diğer önemli parametre nem miktarıdır. Dolayısıyla bu çalışmanın devamı olarak soğutucu bölme içerisindeki kütle transferinin konu edilmesi, gıdaların buzdolabı içerisindeki muhafazasının incelenmesi ve iyileştirilmesi açısından faydalı bir çalışma olacaktır In recent years, expectations of consumers regarding the refrigerator performance keeping foods fresh in long term, have been increasing. At the same time, to protect food fresh is directly related to distribution of temperature in the fridge compartment. In unsuitable temperature conditions, foods lose their freshness at a short time. Therefore, achievement of uniform temperature distribution in the fridge compartment has a vital importance in terms of human health. For this aspect, specified topic is one of the most significance fields in refrigerator leading product of the white goods industry. In this thesis, temperature distribution in the fridge compartment of static refrigerator has been examined and axial fan used for increasing air circulation in the compartment has been made investigation intended for its cancellation without making worse the quality of temperature distribution in the compartment. Due to time and cost advantages, study has been conducted with the focus of numerical solution, and supported with experimental studies.Firstly, in the study, fundamental theoretical investigations have been carried out to understand the mechanism of heat transfer in the fridge compartment. As a consequence of investigations, results have been used for the preparation of numerical model. In the next step, because of capacity problem in the experimental studies, the numerical model has been developed over half of the volume of fridge compartment by assuming symmetrical air flow inside the compartment. Crisper division at the bottom of the fridge compartment has not been included into the numerical model owing to having different air flow characteristic. While creating solid model, glass shelves and door shelves have not been incorporated into the solution and defined as obstacles to the air flow. Flat surface assumption has been accepted on the angled surfaces in the compartment. After the designing of solid model representing the volume of air inside the compartment, structural mesh has been built on the model. The result of assumptions had been made in the previous step of the solid model, model volume has been divided into high-quality hexahedral mesh elements. During theoretical inspections, validation of laminar flow conditions in the compartment and heat transfer by radiation is in the same order as convection have been obtained. As a result of this, laminar flow assumption has been accepted and heat transfer with radiation has been included into the model. While natural convection effects have been included into the model, Boussinesq assumption has been accepted because of low temperature differences inside the compartment. Verification of the numerical model has been made according to the temperature values of the standard thermocouples taken place between glass shelves and used for determining the temperature distribution in the fridge compartment. As the value of standard thermocouple temperature, the average temperature values have been taken in the steady state regime in which refrigerator works periodically. Confirmation of the numerical model has been performed as a result of comparison with the experimental values of the average temperatures and numerical temperature values in the points standing for the standard thermocouples in the model. For this reason, creating a numerical model, fixed temperature on surfaces and steady state assumptions have been applied. Differently, adiabatic wall condition has been defined on the surfaces of glass shelves and door shelves. Measurements of surface temperature for the purpose of determination of boundary conditions are average temperature values in the case of periodic working as stated earlier. The results of the experimental temperature measurement used in the creation and verification of the numerical model have been carried out by testing refrigerator in the experiment room having specific temperature and relative humidity values.There are two different configurations depending on axial fan usage in the fridge compartment of refrigerator examined in the study. Firstly, numerical model created with the help of theoretical investigations and experimental studies has been solved over current configurations of the fridge compartment. Afterwards, the results of configuration without fan has been examined. It has been seen that temperature in the compartment decreases from top to the bottom and significant temperature difference occurs in the vertical direction. When the numerical results have been analyzed for the configuration with fan, it has been observed that, due to the effect of fan circulation, temperature falls in upper regions; temperature imbalance formed in the vertical direction decreases and more uniform temperature distribution is obtained in the compartment. Then, results of numerical studies have been compared with experimental values, results are compatible with each other and in this way, the accuracy of the numerical model has been proved. Following, based on information gathered from the results of the current configurations, by considering serial production parameters such as cost, ease of manufacturing and assembly, two different evaporator designs have been carried out depending on the number of using loop. Numerical solutions have been performed over models with new evaporators by cancelling fan usage. When numerical results have been analyzed, the quality of temperature distribution of the design number one, having more number of loop than that of current one, has been obtained to be close to the current configuration without fan and between the existing configurations. On the contrary, it has been observed that in design number two, having less number of loops than current one, the shelf temperature values are obtained close to each other, the quality values of temperature distribution such as maximum temperature difference and standart deviation between shelves are at the same order with the values of current configuration with fan. As in the previous step, numerical results have been validated with experimental results. Production of the new evaporator designs has been completed, refrigerators without the use of fan have been prepared and the products have been tested. It has shown that numerical results are consistent with experimental values, and the amount of deviation from experimental results is below 10% which remains within acceptable limits.As a result, by making numerical solutions on the fridge compartment of a static refrigerator, an evaporator design keeping the same temperature distribution quality in the compartment with current configuration with fan and providing cancellation of the axial fan increasing air circulation in the volume has been created. Furthermore, in the process of keeping freshness of foods in a long term which is the main task of a refrigerator, another significant parameter is moisture together with temperature. Therefore, investigation of mass transfer within the compartment as a continuation of this study will be an useful work for analyzing and improvement of storage of foods in the refrigerator. 77

Bir buzdolabının performansı önceden ayarlanmış düşük sıcaklığı en az miktarda elektik harcayarak koruyabilmesi yeteneği ile karakterize edilebilir. Buzdolabının içerisindeki doğal taşınımı anlamak performans için tasarımını optimize etmek açısından önemlidir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, deneylerle birlikte, akışkan ve ısı akışını içeren bir fenomeni anlamak için gerekli olan akış ve sıcaklık alanlarının görüntülenmesi için çok güçlü bir araçtır. Bu çerçevede, sonlu hacim metodu temelli Fluent paket programı kullanılarak kompartman ve tüm buzdolabı modelleri için simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Sayısal modeller için sabit duvar sıcaklığı sınır koşulları elde etmek üzere deneysel çalışma yürütülmüştür. Radyasyon etkisi farklı bir bütün buzdolabı modelinin sayısal analizi ile literatürdeki benzerinin karşılaştırılması yoluyla incelenmiştir. Radyasyon etkisi değerlendirilirken çevre odanın sabit sıcaklıktaki havası ile duvarların iç yüzeyleri arasında genel ısı transferi katsayısı tanımlayarak taşınım sınır koşulu seçilmiştir. Kabullere dayanarak kompartman ve tüm buzdolabı model analizleri kullanılıp ilgili ısı transferi analizleri yapılmıştır. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri yürütülerek çalışmanın amacı olan buzdolabı kabininin simülasyonu, akış ve sıcaklık alanlarının görüntülenmesi yoluyla başarılmış ve tasarım optimizasyonu için yararlı olabilecek bazı gözlemler yapılmıştır. Performance of a refrigerator can be characterized with its ability to maintain a preset low temperature by spending the least amount of electricity. It is important to understand natural convection inside a refrigerator for optimizing its design for performance. Computational Fluid Dynamics (CFD) together with experiments is a very powerful tool for visualizing flow and temperature fields that are essential for understanding a phenomenon that involves both fluid and heat flow. In this aspect, simulations are performed for compartment and total refrigerator models using the package program Fluent which is based on finite volume method. An experimental study is performed to determine the constant wall temperature boundary conditions for the numerical models. Effect of radiation is also investigated by comparing the numerical study of a different full refrigerator model with a similar one in literature. While evaluating the radiation effect, convection boundary condition is selected by defining overall heat transfer coefficient between the ambient room air at a constant temperature and the inner surfaces of the walls. Based on assumptions, related heat transfer analyses are done using compartment and total refrigerator model analyses. Performing CFD simulations of a refrigerator cabinet for visualizing the flow and temperature fields which is the aim of the study is achieved and some observations that can be useful in design optimization are made. 178

El presente trabajo expone los fundamentos más comunes en que se basan los sistemas de refrigeración solar para las aplicaciones agroindustriales. The present work exposes the most common principles that the systems of solar refrigeration are based for agroindustrials applications.

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2000, Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2000, Bu çalışmada, ev tipi buzdolaplarında kullanılan kanatlı borulu tipten buharlaştırıcıların (evaporatörlerin) kuru ve karlanmış şartlar altındaki ısı transferi ve basınç düşümü modellerinin oluşturulması amaçlanmıştır. Bu kapsamda buharlaştırıcı tek başına değil, içinde bulunduğu buzdolabı ünitesi ile birlikte etkileşimli bir bütün olarak modellenmiştir. Çalışma beş bölüm altında toplanmıştır. Kısa bir giriş ve çalışmanın amaçlarının özetlendiği Bölüm-1 ‘den sonra, Bölüm-2’de buzdolabında kapının açılması ile oluşan akış ve ısı transferinin fiziksel modeli tariflenmiştir. Model sonuçları bir set eşitlik ile özetlenmiş ve kapı düzlemindeki hız ve sıcaklık profilleri ölçülerek akışın fiziği yorumlanmıştır. Model, boş kabin ve 3 adete kadar rafın değişik kombinasyonlarda yerleştirilmesi durumlarını içermektedir. Bölüm-3 ‘te ısı/kütle transferi benzeşimi de kullanılmak suretiyle buzdolabı kapısının açılması ile meydana gelen ısı transferi modları irdelenmiştir. Bölüm-4’ te ise, nofrost (karlanmaz) buzdolabı soğuk hava dağıtım şebekesinin matematik modeli ortaya konulmuş ve hesap sonuçları deneysel ölçümler ve CFD analizi neticeleriyle karşılaştırılmalı verilmiştir. Son olarak Bölüm-5’te ise bir buzdolabı buharlaştırıcısının kuru ve karlanmış şartlar altındaki performansı modellenmiştir. Bu son bölümdeki çalışmalar daha önceki bölümlerde elde edilen model sonuçları kullanılmak suretiyle bir buzdolabı ile entegre olarak yapılmış, böylece uzun süreli çalışma durumunda evaporatör performansının ve kabin nem ve sıcaklığındaki değişimin izlenmesi mümkün olmuştur. Geliştirilen bütün modeller için çözüm algoritmaları ve bilgisayar programları EES® ortamında yazılmıştır. Çalışmalar neticesinde elde edilen modeller, bir buzdolabı performansının dinamik simülasyonu çalışmalarına ışık tutacak önemli veriler sağlamıştır., In this study, understanding of how frost accumulates on evaporator surfaces and affects the heat transfer, airside pressure drop, and refrigerator performance were investigated. In order to make a realistic model of evaporator and simulate the refrigerator performance changes while more frost is deposited on the surfaces of evaporator, heat and mass transfer mechanisms of a refrigerator cabinet were also studied. The study was made in five individual chapters. After a short introduction made in Chapter-1, in the Chapters 2 and 3, physical model of open door flow and heat transfer in a refrigeartor cabinet was developed. Model includes effect of shelves which changes from none to three in all possible combinations. Velocity and temperature profiles were measured on the aperture plane. As a result of the experimental studies, flow regimes in transient mode were identified. By use of heat and mass transfer analogy, mass transfer to/from cabinet surfaces and total effect of door openings on cabinet’s heat gain were calculated. In Chapter-4, the mathematical model of air distribution system was introduced. Results of the model were compared to experimental measurements and CFD anlysis. Finally in Chapter-5, the mathematical model of evaporator, which operates under dry and frosted conditions, was given. By integrating all the models developed in Chapters from 2 to 5, long term performance of evaporator was calculated. This allows us to calculate cabinet temperature and relative humidity changes with time. Solvers for all models were written in the EES® environment. The models that were developed in presented study will be very helpful for dynamic simulation actvities of domestic refrigerators., Doktora, PhD