R290(Propan) ve R600(N-Bütan) Soğutucu Akışkanların Kullanıldığı Ardışık İki Kademeli (Kaskad) Bir Soğutma Sisteminin Optimum Çalışma Parametrelerinin Belirlenmesi
Ardışık iki kademeli soğutma sistemleri özellikle buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimlerinin düşük sıcaklık uygulamaları için yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu tarz sistemlerin daha verimli çalışabilmesi adına izlenecek önemli adımlardan biri sistemde kullanılacak soğutucu akışkanın seçimidir. Çünkü bir soğutma çevriminde en yüksek COP değerini elde etmek özellikle soğutucu akışkan seçimine ve çalışma parametrelerinin en iyi şekilde belirlenmesine bağlıdır. Hidrokarbonlar topraktaki madde döngüsünden ortaya çıktıkları için doğal soğutucu akışkan olarak adlandırılırlar. Özellikle propan (R290) ve bütan (R600) sağladığı avantajlardan dolayı son yıllarda soğutucu akışkan olarak tercih edilen doğal hidrokarbonlardır. Bu çalışmada, örnek olarak, R290 ve R600 soğutucu akışkanının kullanıldığı iki kademeli bir soğutma çevrimi modeli geliştirilerek sistemin optimum çalışma şartları belirlenmiştir. Bu amaç doğrultusunda Java programlama dili kullanılarak örnek bir simülasyon modeli geliştirilmiştir. Bu modelde, olası hataları önlemek için stokastik (istatistiksel) optimizasyon yöntemleri kullanılmıştır. Ayrıca, soğutucu akışkanın bütün fazlarına ait termodinamik özellikler için Java dilinde ayrı bir simülasyon modeli geliştirilmiştir. Termodinamik özelliklerin belirlenmesi için geliştirilen simülasyon çalışmasında sıvı ve kızgın buhar bölgesindeki özellikler Helmholtz gerçek gaz hal denklemi kullanılarak elde edilmiştir. Soğutucu akışkanların doyma bölgesi özellikleri de kübik şerit polinom denklemleri kullanılarak hesaplanmıştır. Geliştirilen bu simülasyon çalışmasından elde edilen sonuçların gerçek bir soğutma çevrimi önemli ölçüde uyum gösterdiği ve bu çalışma kapsamında geliştirilen modelin endüstriyel soğutma uygulamalarında özellikle sistem tasarımı ve analizi aşamasında önemli avantajlar sağlayacağı gözlemlenmiştir.
Determination Of The Optimum Operating Parameters Of The A Sequential Two-Stage Cooling System (Cascade), Using R290 (Propane) And R600 (N-Butane) Refrigerants
Successive two-stage refrigeration systems are widely used, especially for low-temperature applications of vapor compression cooling cycles. One of the important steps to be taken for the more efficient operation of such systems is the selection of the refrigerant to be used in the system. Because achieving the highest COP value in refrigeration cycle depends particularly on the selection of refrigerant and the optimal determination of the operating parameters. Hydrocarbons are called natural refrigerants since they reveal from the material cycle in the soil. In this study, as an example, a two-stage refrigeration cycle model using R290 and R600 refrigerants were developed and the optimal operating conditions of the system were determined. For this purpose, a simulation model has been developed by using Java language. In this model, stochastic (statistical) optimization methods have been utilized to prevent possible errors. In addition, a separate simulation model has been improved in the Java language for calculating the thermodynamic properties of all phases of the refrigerants. In the simulation study developed for the determination of thermodynamic properties, the properties for the liquid and superheated vapor zones were determined using the Helmholtz real gas state equation. The saturation properties of the refrigerants were also calculated using the cubic spline polynomial equations. It has been observed that the results obtained from this simulation study are significantly compatible with the actual cooling cycle and the model developed in this study will provide significant advantages, especially in the system design and analysis stage in industrial cooling applications.
___
- Angelo J.V.H., Aute V., Radermacher R., 2016,
Performance Evaluation of a Vapor Injection
Refrigeration System Using Mixture Refrigerant
R290/R600a, Int. J. Refrigeration, 65, 194-208.
- Chen Q., Yu J., Yan G., 2016, Performance Analysis of a Modified
Zeotropic Mixture (R290/R600) Refrigeration Cycle with
Internal Subcooler for Freezer Applications, Applied
Thermal Engineering, 108, 172-180.
- Ju F., Fan X., Chen Y., Quyang H., Kuang A., Ma S., Wang
F., 2018, Experiment and Simulation Study on
Performances of Heat Pump Water Heater Using Blend of
R744/R290, Energy & Buildings, 169, 148-156.
- Wang Q., Li D.H., Wang J.P., Sun T.F., Han X.H., Chen
G.M., 2013, Numerical Investigations on the Performance
of a Single-Stage Auto- Cascade Refrigerator Operating
with Two Vapor-Liquid Separators and Environmentally
Benign Binary Refrigerants, Applied Energy, 112,949-
955.
- Yan G., Hu H., Yu J., 2014, Performance Evaluation on
an Internal Auto-Cascade Refrigeration Cycle with
Mixture Refrigerant R290/R600a, Applied Thermal
Engineering, 75, 994-1000.
- Yan G., He C., Yu J., 2018, Theoretical on the
Performance of a Modified Refrigeration Cycle Using
Binary Zeotropic Hydrocarbon Mixture R170/R290, Int. J.
Refrigeration,
- Yılmaz İ., Çekin S., Bayrakçı H.C., Özgür A.E., 2017,
Alternatif Soğutkanlı Kaskad Soğutma Çevrimleri ve
Güncel Gelişmeler, 13. Ulusal Tesisat Mühendisliği
Kongresi, İzmir, 1675-1688.
- International Standard ISO 17584 Refrigerant
Properties, Reference Number: ISO 17584:2005(E), 2010.
- Buecker, D., Wagner, W. 2006. Reference equations of
state for the thermodynamic properties of fluid phase nbutane and isobutene. Journal of physical and chemical
reference data, 35(2), 929-1019.
- Lemmon, E.W., MCLinden, M.O., Wagner, W., 2009.
Thermodynamic properties of propane. III. A reference
equation of state for temperatures from the melting line
to 650 K and pressures up to 1000 MPa. Journal of
Chemical & Engineering Data, 54(12), 3141-3180.
- Xin-She Yang, Engineering Optimization, An
introduction with Meta heuristic applications, John Willey
& Sons , 2010, ISBN 978-0-470-58246-6
- Xin-She Yang.: A New Meta heuristic Bat-Inspired
Algorithm. Nature Inspired Cooperative Strategies for
Optimization (NICSO 2010). Studies in Computational
Intelligence Vol. 284 (2010) 65-74.
- Xin-She Yang, Engineering Optimization, An
introduction with Meta heuristic applications, John Willey
& Sons , 2010, ISBN 978-0-470-58246-6 .