Buji Ateşlemeli Motorun Egzoz Atık Isı Dönüşümü İçin Tasarlanan Termoelektrik Jeneratörde Optimum Egzoz Eşanjörü Düzenlemesinin HAD Analizi


Gürbüz H. , Ökmen A. B.

El-Cezerî Journal of Science and Engineering, vol.8, no.2, pp.1059-1080, 2021 (Other Refereed National Journals)

  • Publication Type: Article / Article
  • Volume: 8 Issue: 2
  • Publication Date: 2021
  • Doi Number: 10.31202/ecjse.910782
  • Title of Journal : El-Cezerî Journal of Science and Engineering
  • Page Numbers: pp.1059-1080

Abstract

İçten yanmalı bir motorda alınan yakıtın ısı enerjisinin yaklaşık %40’ı egzoz gazları ile atık ısı olarak atmosfere atılmaktadır. Bu ısı enerjisinin bir kısmının geri kazanılması yakıt dönüşüm verimini önemli oranda artırabilir. Bu çalışmada, buji ateşlemeli motorun egzoz atık ısı enerjisinden elektrik enerjisinin üretildiği termoelektrik jeneratörde sıcak taraf (egzoz) eşanjör yüzey sıcaklığı ve dağılımının optimize edilebilmesi için farklı kanatçık sayısı ve düzenlemesine sahip eşanjörler, hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile analiz edilmiştir. Çalışmada, daha önceki çalışmada tasarlanarak ana boyutları belirlenen egzoz eşanjörünün iç hacmi, bir seperatör plaka yardımıyla iki eşit parçaya bölünerek literatürde akordiyon şekli, balık kılçığı şekli ve seri plaka şekli olarak bilinen kanatçık dizilimlerinin kullanıldığı eşanjör düzenlemeleri oluşturulmuştur. Eşanjör düzenlemelerinde literatürde yaygın olarak kullanılan kanatçık geometrilerinden (kare, dikdörtgen, üçgen ve yamuk prizmalar) farklı olarak yağmur damlası geometrisi kullanılmıştır. Ayrıca, seperatör plakanın giriş yayıcı ağzı düzlemine dikdörtgen prizma geometriye sahip akış yönlendirme kanatçıkları eklenmiştir. Eşanjör düzenlemeleri için gerçekleştirilen hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizlerinde, tek silindirli buji ateşlemeli bir motorun 2200 devrinde yapılan deneysel çalışmada elde edilen egzoz gaz sıcaklık ve debi değerleri kullanılmıştır. Her bir eşanjör düzenlemesi için hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri sürekli rejimde gerçekleştirilerek sıcaklık dağılımı, hız vektörleri, giriş-çıkış sıcaklıkları, eşanjör içi basınç düşümüne ait konturlar elde edilmiştir. Tasarlanan egzoz eşanjörü düzenlemeleri için gerçekleştirilen hesaplamalı akışkanlar dinamiği analiz sonuçlarına göre; girişte altı adet akış yönlendirme kanadı ile birlikte 15°, 30° ve 45° açılı ver ters yönlü seri plaka dizilimi ile oluşturulan eşanjör düzenlemelerinin diğer modellere oranla eşanjör yüzey sıcaklığı, dağılımı ve eşanjör içi basınç düşümü açısından daha verimli olduğu tespit edilmiştir. Bununla birlikte, yağmur damlası kanatçık yapısına sahip eşanjör düzenlemeleri ile referans (içi boş) eşanjör düzenlemesine göre daha yüksek eşanjör içi basınç düşümüne karşın daha yüksek ve homojen eşanjör yüzey sıcaklığı elde edilmiştir.