R134A ve R1234YF kullanan taşıt klimasının performansının ampirik olarak belirlenmesi ve kondenser ısı transferinin modellenmesi

Abstract

Bu çalışmada, bir otomobile ait iklimlendirme sisteminin orijinal elemanlarından oluşan deneysel bir sistem kurulmuş ve çeşitli mekanik ölçüm cihazlarıyla donatılmıştır. Deneysel otomobil iklimlendirme sisteminin sürekli rejim performans parametrelerini belirlemek amacıyla, R134a ve R1234yf soğutucu akışkanları için dört farklı kompresör devrinde ve on farklı evaporatör-kondenser hava giriş sıcaklık kombinasyonunda testler yapılmıştır. Elde edilen deneysel veriler yardımıyla sisteme enerji ve ekserji analizleri uygulanarak, sistemin performans parametreleri ile sistem bileşenlerinde yok edilen ekserjiler belirlenmiş ve her iki akışkan için karşılaştırılmıştır. Sistemin soğutma kapasitesi, kompresör gücü, kondenserde atılan ısı ve sistem bileşenlerinde yok edilen ekserjilerin kompresör devri ve evaporatör ile kondensere giren hava akımı sıcaklıklarının artması ile yükseldiği, soğutma tesir katsayısının ise azaldığı tespit edilmiştir. Düşük kompresör hızlarında yok edilen ekserji miktarlarının çokdan aza doğru sırasıyla evaporatör, kompresör, kondenser ve termostatik genleşme valfinde açığa çıktığı belirlenirken, yüksek kompresör çalışma hızlarında ise kompresörde yok edilen ekserji miktarının diğer bileşenlerde yok edilen ekserji miktarlarına oranla daha fazla olduğu saptanmıştır. Ayrıca, deneysel sistemin sürekli rejim performans parametrelerini matematiksel yolla elde edebilmek amacıyla iki farklı ampirik bağıntı geliştirilmiş ve elde edilen teorik sonuçlar deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Her iki bağıntı ile yapılan tahminlerin deneysel sonuçlara çok yakın değerler verdiği ve iki bağıntının da taşıt iklimlendirme sistemlerinin performansını belirlemede kullanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır. Son olarak; hava ve akışkan tarafları ısı taşınım katsayılarının tayini için literatürdeki Nusselt korelasyonlar kullanılarak, deneylerde kullanılan kondenserin ısı transfer modellemesi yapılmıştır. Elde edilen teorik ve deneysel sonuçlar karşılaştırılmış ve birbirlerine oldukça yakın oldukları saptanmıştır. Kondenserde gerçekleşen ısı transferinin, en fazla yoğuşma bölgesinde olduğu belirlenmiştir.

An experimental automotive air conditioning (AAC) system made up from original components was set up and equipped with various instruments. To determine the steady state performance parameters of the system, tests for both R134a and R1234yf were conducted at four different compressor speeds and ten different air stream temperature combinations entering the evaporator and condenser. Energy and exergy analyses were applied to the system using the experimental data. Then, the performance parameters and exergy destruction rate in each component were evaluated and compared. It was determined that the cooling capacity, compressor power, condenser heat rejection rate and exergy destructed in the components rise while coefficient of performance decreases with compressor speed and air stream temperature combination. The components causing exergy destruction from greatest to least are evaporator, compressor, condenser and thermostatic expansion valve at low compressor speeds, while the compressor causes the greatest exergy destruction at high compressor speeds. Moreover, two empirical correlations were developed to determine the steady state performance parameters of the experimental system mathematically. The predictions of both correlations were in good agreement with experimental results, and both correlations could be successfully used for determining the performance of AAC systems. Finally, the condenser heat transfer was modelled by using Nusselt correlations existing in open literature for determining the convection heat transfer coefficients. The theoretical and experimental results were compared and found in good agreement with each other. It was determined that the highest heat rejection rate occurs in condensing zone in the condenser.