Numerical and experimental investigation of mixed convection in refrigerators

Abstract

Bu çalışma, buzdolabı ısıl koşulları için önemli olan sıcaklık ve akış dağılımını deneysel ve sayısal olarak incelemeyi kapsamaktadır. Bu amaçla ilk önce buzdolapları genel hatlarıyla tanıtılmış, sınıflandırılmış ve geliştirme yöntemleri üstünde durulmuştur. Literatürde yapılan çalışmalar doğrultusunda mevcut buzdolaplarında görülen sıcaklık değerlerinin uygunluğundan ve araştırma yöntemlerinden bahsedilmiştir. Sayısal yöntem genel hatlarıyla açıklanarak Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ve Isı Transferi analiz adımlarından, yapılan kabullerden ve uygulanan sınır şartlarından bahsedilmiştir. Daha sonra buharlaştırıcısı arka duvara gömülü statik (doğal taşınım akışlı) ve fanlı statik tip (zorlanmış taşınım akışlı) buzdolapları üstünde deneysel ve sayısal çalışmalar yapılmıştır. Sayısal çalışma sonuçları deneysel çalışma sonuçları ile ispatlandıktan sonra, sayısal çalışmalar ile elde edilen sonuçlar doğrultusunda, karışık taşınımın sıcaklık ve akış dağılımı üstündeki etkisi detaylı bir şekilde araştırılmıştır. Bunun yanında sıcaklık ve akış koşullarını etkileyen tasarım parametreleri sayısal çalışma sonuçlarına göre belirlenmiştir. Ayrıca sayısal çalışmalardan elde edilen bilgiler doğrultusunda iki tasarım çalışması yapılmıştır. Yapılan bu çalışma ile fanlı statik ve statik tip buzdolaplarının sayısal olarak modellenmesi için uygun varsayımlar belirlenmiş ve sayısal yöntemin buzdolabı ısıl koşullarının araştırılması için uygun bir yöntem olduğu elde edilmiştir. This study includes investigation of the temperature and flow fields which influence thermal condition of the domestic refrigerator. For this purposes, firstly domestic refrigerators were explained, classified and the improvement methods were specified. Suitability of the observed temperatures in the domestic refrigerators which were in the market and investigation methods of the domestic refrigerators was specified according to the studies which were in the literature. Then the numerical method was basically explained and steps of the Computational Fluid Dynamics (CFD) with Heat Transfer analysis, assumptions and implemented boundary conditions were specified. Then, the experimental and numerical studies were carried out on the static (natural convection driven) and brewed (static with fan-forced convection driven) type domestic refrigerators with evaporator inside the back wall. After the accuracy of the numerical results was verified by comparing with the experimental result, the mixed convection effects were exhaustively investigated on the temperature and flow fields. Also the design parameters which influence the temperature and flow fields were determined through the numerical method. In addition two design studies were carried out according to the obtained knowledge from numerical studies. Based on this study the suitable assumptions were determined for simulations of the static and brewed type domestic refrigerator and it is shown that the numerical method is suitable for the investigation of the temperature and flow fields.