Determining the optimal phase difference of a Superfluid Stirling Refrigerator using CFD software

Τσάπας, Μιχαήλ; Tsapas, Michail

dc.contributor.author	Τσάπας, Μιχαήλ	el
dc.contributor.author	Tsapas, Michail	en
dc.date.accessioned	2020-06-30T08:39:58Z
dc.date.available	2020-06-30T08:39:58Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50827
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18525
dc.rights	Default License
dc.subject	Μηχανή Στέρλινγκ	el
dc.subject	3He-4He	en
dc.subject	Βέλτιστη διαφορά φάσης	el
dc.subject	Εναλλάκτης	el
dc.subject	Υπερευστό	el
dc.subject	COP	en
dc.subject	Cryocooler	en
dc.subject	Recuperator	en
dc.subject	SSR	en
dc.subject	Superfluid	en
dc.title	Determining the optimal phase difference of a Superfluid Stirling Refrigerator using CFD software	en
dc.title	Εύρεση της βέλτιστης διαφοράς φάσης μιας ψυκτικής μηχανής Στέρλινγκ χρησιμοποιώντας υπολογιστική ρευστομηχανική	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle
heal.generalDescription		el
heal.classification	Thermodynamics	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-02-19
heal.abstract	In this thesis, a system consisting of two combined cryocoolers that use 3He as a working medium is simulated with the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) and ANSYS Fluent software. The cryocoolers operate with frequency of 1Hz and temperature below 1K. Each of them employs a recuperator and the two recuperators exchange heat with each other, combining thus the two machines into one system referred to as Superfluid Stirling Refrigerator (SSR). These machines will operate with a phase difference. The phase difference is determined by the mass flow, hot or cold, in the recuperator. The aim is to determine the optimal phase difference that provides the better efficiency when is applied to the machine. Afterwards, we will compare it with the 1D and Schmidt models. In order to determine the optimum phase difference, we have to initially determine the operating range. We will achieve this by setting multiple cases and gradually increase the phase difference that the machine operates in each case. Αs it will be detailly explained later, the SSR cooling capabilities are eliminated and starts operating out of this range when the parallel flow towards the system cold boxes is appeared. For every case that the machine operates inside the range that provides cooling power, we will also calculate the Coefficient of Performance (COP). Finally, using a polynomial regression we will correlate the COP with the phase difference resulting us to conclude the optimum and worst design points.	en
heal.abstract	Μια μηχανή SuperfluidStirlingRefrigeratorγνωστή και ως SSRαποτελείταιαπό δύο απλούστερες ψυκτικές μηχανές οι οποίες χρησιμοποιούν ως εργαζόμενο μέσο 3He. Οι δύο αυτές μηχανές, αποτελούνται από 2 έμβολα η καθεμία τα οποία συμπιέζουν και αποτονώνουν ισοθερμοκρασιακά το εργαζόμενο μέσο και συνεργάζονται μεταξύ τους εναλλάσσοντας θερμότητα με την βοήθεια ενός εναλλάκτη. Για να μπορέσει η SSRνα είναι αποδοτική και να παρέχει ψυκτική ισχύ, θα πρέπει οι δύο μηχανές να λειτουργούν μεταξύ του με διαφορά φάσης την οποία την μετράμε σε μοίρες στροφάλου. Σκοπός της διπλωματικής αυτής,είναι να προσομοιώσουμε την SSRμε την χρήση CFD προγράμματος για νααποφανθούμε αρχικά ποιο είναι το εύρος λειτουργίας σε μοίρες στροφάλου και κατά δεύτερον το βέλτιστο σημείο σχεδιασμού. Για να το πετύχουμε αυτό, με την χρήση του υπολογιστικού προγράμματος ANSYS Fluent θα προσομοιώσουμε διάφορες υποθέσεις στις οποίες κάθε φορά θα αυξάνουμε σταδιακά τις μοίρες εκτός φάσηςπου λειτουργούνοι δύο μηχανέςκαι θα μελετάμε την συμπεριφορά της SSR. Όπως θα αναλυθεί και εκτενέστερα αργότερα, γνωρίζουμε ότι η μηχανή παύει να έχει ψυκτικές ικανότητες όταν παρατηρείται μέσα στον εναλλάκτη ομορροή προς τα «hot boxes» των δύο μηχανών.Σε κάθε υπόθεση που η SSRπαρέχει ψυκτική ισχύ θα υπολογίζουμε τον βαθμό απόδοσης COP (Coefficinet of Performance) και χρησιμοποιώντας μια πολυωνυμική προσέγγιση θα τον συσχετίσουμε με τις μοίρες στροφάλου. Τέλος, τα αποτελέσματα θα συγκριθούν με την μελέτη 1Dπου έχει ήδη διεκπεραιωθεί καθώς επίσης και με το θεωρητικό μοντέλο του Schmidt.	el
heal.advisorName	Ρογδάκης, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Ρογδάκης, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Κορωνάκη, Ειρήνη	el
heal.committeeMemberName	Τζιβανίδης, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Θερμοδυναμικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	127 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false