Enjektörlü soğutma sistemlerinin performans karakteristiklerinin teorik araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, tek boyutlu sabit alan ejektör akış modeli kullanılarak ejektörlü soğutma sistemlerinin performans karakteristikleri araştırıldı. Sistemin performans karakteristiklerini gösteren üç boyutlu çalışma yüzeyleri çıkarılarak, sistemin optimum dizayn ve dizayn dışı çalışma şartlan belirlendi. Ejektördeki akışın analizinde, sekonder akışın boğulması ve sesüstü lülesi, karışma odası ve difüzör verimleri dikkate alındı. Carrol ve Dutton tarafından gaz ejektörünün optimizasyonu için geliştirilen bilgisayar programı, ejektör elemanlarının verimlerini dikkate alarak ejektörlü soğutma sistemlerinin performans karakteristiklerini hesaplayacak şekilde düzenlendi. Optimum dizayn eğrileri, R-123 soğutucu akışkanı için çıkarıldı. Bu dizayn eğrileri; verilen çalışma sıcaklıkları ve ejektör elemanlarının verimleri için, ejektörün optimum alan oram ve sistemin optimum COP değerini verir. Ayrıca bu sıcaklık ve verimlerin ve soğutucu akışkan türünün optimum dizayna etkileri incelendi. Elde edilen sonuçlara göre, sistemin COP'u büyük ölçüde sekonder akışın boğulmasına bağlıdır. Bir ejektörlü soğutma sisteminde; verilen evaporator ve kondenser sıcaklıkları için optimum bir buhar üreteci sıcaklığı, verilen buhar üreteci ve evaporator sıcaklıkları için kritik bir kondenser sıcaklığı vardır. Bu çalışmada teorik olarak elde edilen optimum buhar üreteci ve kritik kondenser sıcaklıkları, aynı şartlarda sabit basınçlı ejektör modelini kullanan sistem için Sun tarafından deneysel olarak elde edilen sonuçlarla uyuşmaktadır. Optimize edilmiş ejektörlü soğutma sistemi dizaynında COP; buhar üreteci ve evaporator sıcaklıklanyla birlikte artar fakat kondenser sıcaklığı arttıkça azalır. Aynı çalışma sıcaklıkları için bu çalışmada tahmin edilen optimum COP ve ejektör alan oranının değerleri, sabit basınçlı ejektör modeline dayanan sistem için Sun ve Eames'in teorik olarak belirledikleri değerlerden nispeten daha büyüktür. Tbö=8Ö °C, Tkon=30 °Q ve Tw=5 QC için lüle verimi %20 azaldığında COP %40 azalmakta, difüzör verimi %20 azaldığında COP %8.9 azalmakta ve karışma verimi %15 azaldığında COP %63.7 düşmektedir. Son olarak, ejektörlü soğutma sistemi için en uygun akışkanın R-123 olduğu belirlendi. Anahtar Kelimeler : Ejektör, sabit alan modeli, soğutma, atık ısı, jet pompası, performans karakteristikleri.

In this study, the performance characteristics of ejector refrigeration systems have been investigated using one-dimensional constant area ejector flow model. The optimum design and off-design operating conditions of these systems nave been determined by deriving three-dimensional operating surfaces which indicate their performance characteristics. In the analysis of ejector flow, the choking of secondary flow and the efficiencies of supersonic nozzle, mixing chamber and diffuser, were taken into consideration. Computer programme developed by Carrol and Dutton for ejeetor optimization was modified so that it calculates the performance characteristics of ejector refrigeration systems taking into account the efficiencies of the ejector components. Optimum design curves were generated for R-123. The design curves give the optimum area ratio of ejector and the optimum COP of the system for the given values of the operating temperatures and the efficiencies of the ejector components. Furthermore, the effects of these temperatures and efficiencies and the kind of refrigerant fluid on the optimum design have been studied. According to the obtained results, the system COP substantially depends on the choking of secondary, hi an ejector refrigeration system, an optimum boiler temperature exist for the given evaporator and condenser temperatures and a critical condenser temperature exist for the given boiler and evaporator temperatures. The optimum boiler and critical condenser temperatures which were theoretically determined in the present study, agree with Sun's results which were experimentally obtained for the system designed base on the constant pressure ejector model at the same conditions. In optimized ejector refrigeration system design, COP increases with boiler and evaporator temperatures but decreases by an increase in condenser temperature. At the same operating temperatures, the values of optimum COP and ejector area ratio predicted in this study are relatively greater than those theoretically determined by Sun and Eames by using the constant pressure ejector model. For operating temperatures Tbü=80°C, Tkon=30°C, and Tev=5°C, a %20 decrease of supersonic nozzle, and diffuser efficiencies results in a % 40 and %18.9 decrease respectively in COP, a %15 decrease of mixing chamber efficiency causes a %63.7 decrease in COP. Finally, it was determined mat most suitable refrigerant for ejector refrigeration systems is R-123. Key Words: Ejector, constant area model, refrigeration, waste-heat, jet pump, performance characteristics.