Sadece Minyatür Körükler Üzerine Yapılan Çalışmalar

Liteartürde sadece J-T soğutucu körüklerin incelendiği çalışmalarda mevcuttur. Lee minyatür körüklerle alakalı dört çalışma yayınlamıştır. Bu çalışmaların ilkini 2008 yılında gerçekleştirmiştir.

Lee vd. ilk çalışmasında Monel malzemeden imal edilmiş içi azot gazı ile basınçlandırılmış bir körüğü incelemiştir. Çalışmanın temel amacı, sıcaklığa bağlı olarak körüğün eksenel yöndeki büzülme miktarının hesaplanmasıdır. Öncelikle azot gazının sıcaklık değişimi ile birlikte basıncının ne kadar azalacağı hesaplanmıştır. Ardından sonlu elemanlar metodu kullanılarak körüğün ne kadar büzüldüğü bulunmuştur. Ancak büzülme ile birlikte körüğün hacmi değişeceği için yoğunluğu artacak ve ilk aşamada hesaplanan basınç değeri geçerliliğini yitirecektir. Bu durum için azotun son yoğunluğuna göre yeniden basıncı hesaplamakta ve bu koşul sağlanana kadar iterasyonlar devam etmektedir. Lee vd. çalışmasındaki hesaplama adımlarını bu şekilde ifade etmiştir. Azot gazı BWR (Benedict–Webb–Rubin) gerçek gaz denklemi kullanılarak modellenmiştir. Sonlu elemanlar metodu ile çözümde ticari bir yazılım kullanılmıştır. BWR gerçek gaz denklemini kullanarak geliştirilen model kullanılan ticari yazılıma entegre edilerek gaz modeli ve yapısal model eş zamanlı olarak çözdürülmüştür. Nümerik çalışma deneysel bir çalışma ile doğrulanmamıştır [50].

Lee vd. bu çalışmanın ardından 2008 yılında oda şartlarında farklı basınçlardaki körüklerin eksenel yöndeki uzama miktarlarını incelendiği bir çalışma yayınlamıştır. Bu çalışmada elektro-form yöntemi ile üretilmiş bir körük incelenmiş ve sadece sonlu elemanlar metodu kullanılarak yapısal analizler gerçekleştirilmiştir. ANSYS yazılımı ile üç noktalı eksenel simetrik “SHELL 209” elemanı kullanılarak oluşturulan model

38

ile 0.2 MPa-2 MPa arasında 10 farklı basınç için çözüm yapılmıştır. Bulunan sonuçları doğrulamak için LVDT cihazı kullanılarak farklı basınçlarda eksenel yöndeki uzama miktarlarının ölçebilecekleri bir deney seti hazırlanmıştır [51].

Lee vd. elektro-form ile üretilen bir körük ile ilgili olarak üçüncü çalışmasını 2009 yılında yayınlamıştır. İlk çalışmasına benzer olarak içerisi azot ile basınçlandırılmış körüğün düşük sıcaklıklardaki büzülme miktarı hesaplanmıştır. Bu çalışmada elektro- form ile üretilmiş nikel malzemenin yapısal özellikleri sıcaklığa bağlı olarak modellenmemiş, değerler sabit alınmıştır. Körüğün içerisinde bulunan azot gazı MBWR gerçek gaz denklemleri ile modellenmiştir. Yapısal analiz için ikinci çalışmasındaki modeli aynen kullanmıştır. Azotun MBWR metot ile modellenmiş olması BWR metoda göre körükteki eksenel hareketin daha hassas hesaplanmasını sağlamıştır. Çalışmalarda incelenen geometrilerin boyutları farklı olsa da iki gaz modelinin arasındaki fark grafiklerde görülebilmektedir. MBWR metotta Sıcaklık 100 K’nin altına düştüğünde ani kapanmanın gerçekleştiği anlaşılmaktadır. Ancak BWR metodunun kullanılmasıyla büzülmenin doğrusal olarak gerçekleştiği görülmektedir. Bu sonuçlar göz önüne alındığında ve literatürde sunulan diğer sonuçlar dikkate alındığında kullanılan gaz modelinin sonuçlar üzerindeki etkisi aşikârdır [52].

Lee vd. körüklerle ilişkili dördüncü çalışmasını 2015 yılında yayınlamıştır. Üçüncü çalışmada geliştirilen modeller kullanılarak körüğün büzülme miktarı bulunmuş ve ardından deneysel çalışmalarla doğrulanmıştır. Bu çalışmada LVDT cihazı bir soğutma kabinin içine yerleştirilmiş ve soğutma kabini içerisindeki körük kriyojenik sıcaklıklara soğutularak boyundaki değişim ölçülmüştür. MBWR metodu ve ANSYS sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak oluşturulan model ile deneysel ölçümler arasındaki maksimum hatanın %2.9 civarında olduğu çalışmanın çıktıları arasında yer almaktadır [53].

İncelenen çalışmalarda yüksek basınçlı akışkan tarafında hesaplanan basınç kaybı hesabında bazı çelişkiler ortaya çıktığı görülmüştür. Bu çalışmada literatürde yer alan çelişkiler ortaya konularak giderilmiştir. Bunun yanında literatürde J-T soğutucu içersinde yer alan körüğün incelendiği çalışma sayısı çok azdır. Sadece Chien vd.

körüklerin tepki sürelerinin hesaplandığı iki çalışma yapmıştır. Chien vd.’nin bu çalışmalarında kararlı haldeki körük sıcaklığının evaporatör bölgesi sıcaklığı ile aynı olduğu görülmektedir. Ancak gerçek durumda körüğün bulunduğu bölgenin sıcaklığının evaporatör bölgesi sıcaklığına kadar düşmesinin mümkün olmayacağı

39

öngörülmektedir. Diğer bir ifade ile körük üzerinde sıcaklık sabit değildir. Körük diğer ucundan mandrelle temas halinde olduğu için burada meydana gelecek olan ısı transferi körük boyunca bir sıcaklık dağılımının oluşmasına neden olacaktır. Ancak Chien vd. körüğün mandrelle olan ısı transferini ihmal etmiştir. Bu çalışmada mandrelden kaynaklanan ısı transferi göz önüne alınarak kararlı halde körük üzerindeki ve içindeki gazın sıcaklık dağılımı bulunacaktır. Chien vd.’nin çalışmasında yaptığı bir diğer kabul ise körüğün rijitliğinin sabit olması durumudur. Bu çalışmada ise körüğün büzülmesi ve uzamasının lineer olmadığı kabul edilmiştir. Bu çalışmanın temel amacı J-T soğutucularda debi kontrolü için körüklü bir akış kontrol biriminin tasarımıdır. Tez çalışması kapsamında ısı transferi ve yapısal büzülme problemleri birlikte ele alınmıştır. Literatürde soğutucu içerisinde akış kontrolü sağlayan bir körüğün hem ısıl hem de yapısal olarak incelendiği başka bir çalışma bulunmamaktadır. Bu yönüyle çalışma literatüre yeni bir metodoloji kazandırmıştır.

41