Atık Isı Geri Dönüşüm Sistemleri: Buji Ateşlemeli Motorda Örnek Bir Uygulama


Ökmen A. B. , Gürbüz H.

EJONS INTERNATIONAL JOURNAL ON MATHEMATICS, ENGINEERING & NATURAL SCIENCES, vol.14, pp.158-177, 2020 (Refereed Journals of Other Institutions)

  • Publication Type: Article / Article
  • Volume: 14
  • Publication Date: 2020
  • Title of Journal : EJONS INTERNATIONAL JOURNAL ON MATHEMATICS, ENGINEERING & NATURAL SCIENCES
  • Page Numbers: pp.158-177

Abstract

Bu çalışmada, enerji üretiminin gerçekleştiği sistemlerde kayıp enerji olarak atmosfere atılan ısı enerjisinin yeniden kullanılabilir hale getirildiği atık ısı geri dönüşüm sistemleri incelenmiştir. Çalışmada ayrıca, içten yanmalı motorlarda egzoz gazları ile atmosfere atılan atık ısı enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü termoelektrik jeneratör sistemin örnek bir uygulaması gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda, 190x160x50 mm boyutlarında dikdörtgen geometrik yapıya sahip şekilde tasarlanarak 3 mm alüminyum levha malzemeden üretilmiş egzoz eşanjörü tek silindirli buji ateşlemeli bir motorun egzoz yoluna bağlanarak 1800 d/d, 2200 d/d ve 2600 d/d sabit motor devrinde deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan egzoz eşanjörünün akış alanı 2 eşit parçaya bölünerek eşanjörün her iki yüzeyinden elektrik üretiminin gerçekleştirilebileceği yapı oluşturulmuştur. Deneysel çalışmalarda, egzoz eşanjörü üzerinden egzoz gazlarının giriş-çıkış sıcaklıkları ile birlikle eşanjör yüzeyinden seçilen 6 farklı noktadan K tipi termokupl kullanılarak sıcaklık ölçümü gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalarda elde edilen eşanjör egzoz gazı giriş sıcaklığı ve debisi kullanılarak aynı eşanjör geometrisinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemi ile zamandan bağımsız ve sabit basınç altında sayısal akış analizleri gerçekleştirilmiştir. HAD analizlerinde eşanjör giriş-çıkış sıcaklıkları ile birlikte eşanjör içerisindeki basınç, sıcaklık ve hız dağılımları analiz edilerek kontur dağılımları oluşturulmuştur. Deneysel ve sayısal analizi sonuçları karşılaştırılarak HAD programında gerçekleştirilen sonuçların doğruluğu tespit edilmiştir. Çalışma kapsamında elde edilen bulgulardan, atık ısı dönüşüm sistemleri kullanılarak enerji üretim sistemlerinde toplam sistem veriminin artırılabileceği görülmüştür. Ayrıca, tasarlanarak deneysel çalışmaları gerçekleştirilen egzoz eşanjörü giriş-çıkış sıcaklıkları ile birlikte eşanjör içerisindeki sıcaklık dağılımının HAD programı yardımıyla %10’a yakın bir hata ile tespit edilebileceği, hata oranının düşük motor devirlerinde yüksek motor devrilerine oranla daha düşük olduğu tespit edilmiştir.