BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ

GÜRCAN, Ali; YAKAR, GÜLAY

doi:10.54365/adyumbd.974337

BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ

Gülay YAKAR, (Pamukkale Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Denizli, Türkiye)

Ali GÜRCAN (Pamukkale Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Denizli, Türkiye)

Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi

1 0

Yıl: 2021 Cilt: 8 Sayı: 15 Sayfa Aralığı: 391 - 413 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.54365/adyumbd.974337 İndeks Tarihi: 05-01-2022

BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ

Öz:

Bu çalışmada turboşarjlı bir traktörün turbo şarj kompresörü ile ara soğutucusu arasına yerleştirilmek üzere bir termoelektrik jeneratörlü bir geri kazanım sistemi tasarlanmış, farklı dış ortam sıcaklıkları için geri kazanım sisteminin dış ortama verdiği maksimum ısı miktarı ve kanat yüzey verimleri Matlab programı kullanılarak hesaplanmıştır. Mevcut literatürde otomobillerin termoelektrik jeneratörlerinde egzoz gazlarının ısıl enerjisi kullanılırken, bu çalışmada alternatif olarak termoelektrik jeneratörde kompresördeki basınçlı havanın ısıl enerjisi kullanılmıştır. Termoelektrik jeneratör sisteminin turboşarjlı traktörün kompresörü ile ara soğutucusu arasına yerleştirilmesi, sistemde elektrik gücü sağlamasının yanı sıra ara soğutucuya giren havanın daha düşük bir sıcaklıkta olmasını sağlamıştır ki bu da turboşarjlı traktörün motor veriminin artması için önemlidir. Dış ortam sıcaklığındaki artışla maksimum ısı transferi ve ısı taşınım katsayısının azaldığı tespit edilmiştir. Buna ilave olarak ısı alıcılarının kanatlı yüzey verimliliğinin dış ortam sıcaklığı ile arttığı belirlenmiştir. 268 K sıcaklığında gerçekleşen maksimum ısı transferinin 303 K sıcaklığına göre yaklaşık olarak %9.3 artış gösterdiği bulunmuştur. Ancak 303 K sıcaklığındaki kanatlı yüzey veriminin ise 268 K sıcaklığına göre yaklaşık olarak %1.3 daha yüksek olduğu tespit edilmiştir.

Anahtar Kelime:

THE EFFECT OF DIFFERENT ENVIRONMENTAL TEMPERATURES ON THE THERMAL PERFORMANCE OF THE HEAT SINK OF A THERMOELECTRIC GENERATOR SYSTEM

Öz:

In this study, the maximum heat transfer and finned surface efficiencies of heat sinks on the cold side of the thermoelectric generator system placed between the compressor and the intercooler in a turbocharged tractor for different outdoor temperatures were determined using the Matlab program. While thermal energy of exhaust gases is used in thermoelectric generators of automobiles in the current literature, alternately in this study, the thermal energy of the compressed air in the compressor was used in the thermoelectric generator. The placement of the thermoelectric generator system between the compressor and the intercooler of the turbocharged tractor provided electrical power in the system, as well as a lower temperature of the air entering the intercooler, which is important for increasing the engine efficiency of the turbocharged tractor. It was determined that the maximum heat transfer and heat convection coefficient decreases with the increase in the external environment temperature. In addition, it has been detected that the finned surface efficiency of the heat sinks increases with the external environment temperature. It was found that the maximum heat transfer at a temperature of 268 K increased approximately 9.3% compared to 303 K. However, it was determined that the finned surface efficiency at 303 K temperature was approximately 1.3% higher than at 268 K temperature.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

[1] Wang Z, Han F, Ji Y, Li W. Redundant energy combination and recovery scheme for dual fuel carriers based on thermoelectric harvesting with a large temperature range. International Journal of Energy Research 2020; 1-17. DOI: 10.1002 / er.6324
[2] He M, Wang E, Zhang Y, Zhang W, Zhang F, Zhao C. Performance analysis of a multilayer thermoelectric generator for exhaust heat recovery of a heavy-duty diesel engine. Applied Energy 2020; 274: 115298. DOI: 10.1016/j.apenergy.2020.115298
[3] Luo D, Wang R, Yu W, Ahou, W. A numerical study on the performance of a converging thermoelectric generator system used for waste heat recovery. Applied Energy 2020; 270: 115181. DOI: 10.1016/j.apenergy.2020.115181
[4] Ezzitouni S, Fernández-Yáñez P, Sánchez L, Armas, O. Global energy balance in a diesel engine with a thermoelectric generator. Applied Energy 2020; 269: 115139. DOI: 10.1016/j.apenergy.2020.115139
[5] Ravi R, Pachamuthu S, Kasinathan P. Computational and experimental investigation on effective utilization of waste heat from diesel engine exhaust using a fin protracted heat exchanger. Energy 2020; 200: 117489. DOI: 10.1016/j.energy.2020.117489
[6] Pacheco N, Brito FP, Vieira R, Martins J, Barbosa H, Goncalves LM. Compact automotive thermoelectric generator with embedded heat pipes for thermal control. Energy 2020; 197: 117154. DOI: 10.1016/j.energy.2020.117154
[7] Karana DR, Sahoo RR. An experimental study on the thermal behavior of aluminum thermoelectric system integrated with engine exhaust. Experimental Heat Transfer 2020; 1730525. DOI: 10.1080/08916152.2020.1730525
[8] Ramírez R, Gutiérrez AS, Eras JJC, Hernández B, Forero JD. Data supporting the evaluation of the energy recovery potential of thermoelectric generators in diesel engines. Data in Brief 2020; 28: 105075. DOI: 10.1016/j.dib.2019.105075
[9] Sheikh R, Gholampour S, Fallahsohi H, Goodarzi M, Taheri MM, Bagheri M. Improving the efficiency of an exhaust thermoelectric generator based on changes in the baffle distribution of the heat exchanger. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2020. DOI: 10.1007/s10973- 019-09253-x
[10] Sofyan SE, Jalaluddin MK, Bahri S. The performance of thermoelectric exhaust heat recovery system considering different heat source’s fin arrangements. Earth and Environmental Science 2020; 463: 012022. DOI: 10.1088/1755-1315/463/1/012022
[11] Abbasi V, Tabar VS. Measurement and evaluation of produced energy by thermoelectric generator in vehicle. Measurement 2020; 107035. DOI: 10.1016/j.measurement.2019.107035
[12] Ramírez R, Gutiérrez AS, Eras JJC, Valencia K, Hernández B, Forero JD. Evaluation of the energy recovery potential of thermoelectric generators in diesel engines. Journal of Cleaner Production 2019; 241: 118412. DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.118412
[13] Kim TY, Kwak J, Kim B. Application of compact thermoelectric generator to hybrid electric vehicle engine operating under real vehicle operating conditions. Energy Conversion and Management 2019; 201: 112150. DOI: 10.1016/j.enconman.2019.112150
[14] Elzalik M, Rezk H, Mostafa R, Thomas J, Shehata EG. An experimental investigation on electrical performance and characterization of thermoelectric generator. International Journal of Energy Research 2019; 1-16. DOI: 10.1002/er.4873
[15] Najjar YSH, Sallam A. Optimum design, heat transfer and performance analysis for thermoelectric energy recovery from the engine exhaust system. Journal of Electronic Materials 2019. DOI: 10.1007/s11664-019-07416-y
[16] Nonthakarn P, Ekpanyapong M, Nontakaew U, Bohez E. Design and optimization of an integrated turbo - generator and thermoelectric generator for vehicle exhaust electrical energy recovery. Energies 2019; 12: 3134. DOI: 10.3390/en12163134
[17] Kalteh M, Garmejani HA. Investigating the influence of Thomson effect on the performance of a thermoelectric generator in a waste heat recovery system. International Journal of Green Energy 2019. DOI: 10.1080/15435075.2019.1642896
[18] Subramaniam H, Duraisamy S, Raghavan G, Govindan S. Design and development of a test rig for the performance evaluation of automotive exhaust thermoelectric generator. AIP Advances 2019. DOI: 10.1063/1.5093587
[19] Al‐Nimr MA, Alajlouni AA. Internal combustion engine waste heat recovery by a thermoelectric generator inserted at combustion chamber walls. International Journal of Energy Research 2018; 1-13. DOI: 10.1002/er.4241
[20] Eddine AN, Chalet D, Faure X, Aixala L, Chessé P. Effect of engine exhaust gas pulsations on the performance of a thermoelectric generator for wasted heat recovery: An experimental and analytical investigation. Energy 2018; 162: 715-727. DOI: 10.1016/j.energy.2018.08.065
[21] Nithyanandam K, Mahajan RL. Evaluation of metal foam based thermoelectric generators for automobile waste heat recovery. International Journal of Heat and Mass Transfer 2018; 122: 877- 883. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.02.029
[22] Kim TY, Kwak J, Kim B. Energy harvesting performance of hexagonal shaped thermoelectric generator for passenger vehicle applications: An experimental approach. Energy Conversion and Management 2018; 160: 14-21. DOI: 10.1016/j.enconman.2018.01.032
[23] Temizer İ, İlkılıç C. The performance and analysis of the thermoelectric generator system used in diesel engines. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2016; 63: 141-151. DOI: 10.1016/j.rser.2016.04.068
[24] Topalcı Ü, Gürbüz H, Akçay H, Demirtürk S. Buji ateşlemeli bir motorda egzoz atık ısı geri kazanımı için termoelektrik jeneratör modelinin geliştirilmesi. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi 2020; 8: 582-596. DOI: 10.21923/jesd.703886
[25] Kunt MA, Güneş H. Comparing the recovery performance of different thermoelectric generator modules in an exhaust system of a diesel engine both experimentally and theoretically. Proceedings of The Institution of Mechanical Engineers Part D-Journal of Automobile Engineering 2020; 234: 183-190. DOI: 10.1177/0954407019837786
[26] Kim TY, Negash AA, Cho G. Waste heat recovery of a diesel engine using a thermoelectric generator equipped with customized thermoelectric modules. Energy Conversion and Management 2016; 124: 280-286. DOI: 10.1016/j.enconman.2016.07.013
[27] Muralidhar N, Himabindu H, Ravikrishna RV. Modeling of a hybrid electric heavy duty vehicle to assess energy recovery using a Thermoelectric Generator. Energy 2018; DOI: 10.1016/j.energy.2018.02.023
[28] Gürcan A. Farklı boyutlarda termoelektrik jeneratör kullanılarak egzoz ısı enerjisinin geri kazanımı. Yüksek Lisans Tezi. Denizli: Pamukkale Üniversitesi; 2019.
[29] Potur RA. Faz IIIB emisyon standardına cevap veren dizel traktör motorunun tasarımı için gerçek çevrimin matematik modellenmesi ve optimum yanma kanununun belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi. İstanbul: İstanbul Teknik Üniversitesi; 2009.
[30] Lee HS. Thermal Design: Heat Sinks, Thermoelectrics, Heat Pipes, Compact Heat Exchangers, and Solar Cells. Wiley, Hoboken; 2010.
[31] Lee HS. Thermoelectrics: Design and Materials. Wiley, Chichester; 2017.

APA	YAKAR G, GÜRCAN A (2021). BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ. , 391 - 413. 10.54365/adyumbd.974337
Chicago	YAKAR GÜLAY,GÜRCAN Ali BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ. (2021): 391 - 413. 10.54365/adyumbd.974337
MLA	YAKAR GÜLAY,GÜRCAN Ali BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ. , 2021, ss.391 - 413. 10.54365/adyumbd.974337
AMA	YAKAR G,GÜRCAN A BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ. . 2021; 391 - 413. 10.54365/adyumbd.974337
Vancouver	YAKAR G,GÜRCAN A BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ. . 2021; 391 - 413. 10.54365/adyumbd.974337
IEEE	YAKAR G,GÜRCAN A "BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ." , ss.391 - 413, 2021. 10.54365/adyumbd.974337
ISNAD	YAKAR, GÜLAY - GÜRCAN, Ali. "BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ". (2021), 391-413. https://doi.org/10.54365/adyumbd.974337

APA	YAKAR G, GÜRCAN A (2021). BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ. Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8(15), 391 - 413. 10.54365/adyumbd.974337
Chicago	YAKAR GÜLAY,GÜRCAN Ali BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ. Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 8, no.15 (2021): 391 - 413. 10.54365/adyumbd.974337
MLA	YAKAR GÜLAY,GÜRCAN Ali BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ. Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol.8, no.15, 2021, ss.391 - 413. 10.54365/adyumbd.974337
AMA	YAKAR G,GÜRCAN A BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ. Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2021; 8(15): 391 - 413. 10.54365/adyumbd.974337
Vancouver	YAKAR G,GÜRCAN A BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ. Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2021; 8(15): 391 - 413. 10.54365/adyumbd.974337
IEEE	YAKAR G,GÜRCAN A "BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ." Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8, ss.391 - 413, 2021. 10.54365/adyumbd.974337
ISNAD	YAKAR, GÜLAY - GÜRCAN, Ali. "BİR TERMOELEKTRİK JENERATÖR SİSTEMİNİN ISI ALICISININ ISIL PERFORMANSINA FARKLI DIŞ ORTAM SICAKLIKLARININ ETKİSİ". Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 8/15 (2021), 391-413. https://doi.org/10.54365/adyumbd.974337