MARC

 008260126s2024        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798265453051
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32409647
■035    ▼a(MiAaPQ)124484
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621
■1001  ▼aHaider,  Muhammad.
■24510▼aPerformance  Optimization  of  Advanced  Vapor  Compression  Systems  Working  With  Low-GWP  Refrigerants  Using  Numerical  and  Experimental  Methods
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Illinois  at  Urbana-Champaign▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a193  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-06,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Miljkovic,  Nenad.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Illinois  at  Urbana-Champaign,  2024.
■520    ▼aRecent  research  has  focused  on  reducing  the  environmental  impact  of  HVAC&R  systems  while  enhancing  their  performance.  Current  trends  indicate  that  low-GWP  pure  refrigerants  and  blends  hold  significance  for  future  applications.  Moreover,  the  emergence  of  new  applications  suggests  that  future  vapor  compression  systems  (VCS)  will  be  more  complex  than  their  predecessors.  Therefore,  advanced  design  tools  are  necessary  to  handle  complex  VCS  using  pure  refrigerants  with  ease,  along  with  analyzing  the  intricacies  of  refrigerant  blends.  One  objective  of  this  research  is  to  develop  robust,  accurate  and  computationally  efficient  steady-state  system  solvers  using  gradient  methods  for  both  pure  and  mixture  refrigerants.  Experimental  methods  are  utilized  not  only  for  validating  different  components  and  system  models,  but  also  to  develop  novel  techniques  when  essential  knowledge  gaps  need  filling.  The  research  has  focused  on  ejector  systems,  as  they  represent  a  family  of  complex  VCS  and  are  a  good  representative  example  of  advanced  VCS.                        The  research  develops  robust  and  computationally  efficient  simultaneous  system  solvers  by  modeling  a  transcritical  CO2  air  conditioning  system  operating  on  a  standard  ejector  cycle  with  an  internal  heat  exchanger.  Computationally  efficient  and  accurate  component  models  are  developed.  A  novel  ejector  performance  map  is  developed  from  experimental  data  to  predict  the  performance  of  a  fixed-geometry  ejector  across  a  wide  range  of  operating  conditions.  For  heat  exchangers,  both  finite  volume  (FV)  and  artificial  neural  network  (ANN)  approaches  are  developed  and  compared.  It  is  found  that  the  advanced  VCS  transforms  into  a  non-convex  and  ill-conditioned  problem,  which  makes  gradient  methods  struggle  to  find  convergence,  particularly  when  the  number  of  solver  variables  is  increased.  The  work  proposes  that  the  robustness  of  simultaneous  solvers  can  be  improved  by  appropriate  scaling  factors  in  the  residual  equations.  Furthermore,  using  constrained  algorithms  instead  of  unconstrained  algorithms  improves  the  solver's  robustness  even  with  a  higher  number  of  solver  variables.                        The  simultaneous  solvers  are  extended  to  model  vapor  compression  systems  working  with  zeotropic  blends.  The  focus  is  to  identify  an  ejector  cycle  whose  performance  can  be  enhanced  with  blends.  Three  different  cycle  architectures,  one  conventional  system  and  two  ejector  cycles,  namely,  the  standard  ejector  cycle  and  the  COS  cycle,  are  modeled  using  low-GWP  mixtures  of  R1234yf/R32.  The  conventional  system  and  the  COS  ejector  cycle  have  the  same  circulation  composition  as  the  system  is  fed  from  the  liquid  port  of  the  receiver,  whereas  the  standard  ejector  cycle  has  two  circulation  compositions  for  high  and  low-side  due  to  fractionation  inside  the  separator.  The  numerical  models  provide  insight  that  the  performance  of  systems  with  the  same  circulation  composition  is  expected  to  improve  upon  the  addition  of  the  more-volatile  substance,  whereas  the  performance  of  the  standard  ejector  cycle  will  decrease.  The  decrease  is  attributed  to  fractionation  as  it  causes  most  of  the  added  more-volatile  substance  to  move  towards  the  high-side  of  the  cycle,  thus  leading  to  an  increase  in  compressor  power.  Based  on  this  analysis,  experiments  are  conducted  on  a  chiller  facility  to  test  the  performance  of  the  conventional  system  and  the  COS  ejector  cycle  using  R134a/R32  mixtures.  It  is  found  that  the  COP  of  the  conventional  system  with  an  internal  heat  exchanger  is  increased  by  27%  under  matched  capacity  conditions,  whereas  the  COP  of  COS  ejector  cycle  increases  by  almost  23%.  Thus,  this  proves  that  gain  in  the  ejector  system  with  blends  is  possible  and  requires  careful  investigation  of  the  storage  vessel's  location  inside  the  cycle.                        Another  important  aspect  in  a  blend  system  is  to  measure  the  circulation  composition  accurately,  which  could  be  different  from  the  charged  composition.  For  measuring  circulation  composition,  a  novel  PTD  (gas)  method  is  developed.  Furthermore,  three  different  in-situ  estimation  techniques  are  evaluated  for  their  effectiveness.  It  is  recommended  that  a  calibration  procedure  should  be  used  before  using  any  of  the  in-situ  estimation  methods  to  avoid  a  2-5%  error  in  reporting  the  system  performance.                        The  present  research  can  be  useful  in  analyzing  advanced  VCS  with  relative  ease.  The  findings  can  help  improve  the  finite  volume  heat  exchanger  model  and  integrate  complex  closure  equations  like  charge  modeling.  In  addition,  it  also  presents  a  few  experimental  techniques  like  a  novel  ejector  performance  map  that  can  help  with  ejector  selection  decision,  and  a  novel  PTD  (gas)  method  to  measure  a  blend's  circulation  composition,  making  experimental  studies  of  blends  relatively  an  easier  endeavor.
■590    ▼aSchool  code:  0090.
■650  4▼aMechanical  engineering
■650  4▼aApplied  physics
■650  4▼aEnergy
■650  4▼aThermodynamics
■653    ▼aAdvanced  vapor  compression  systems
■653    ▼aSteady-state  system  modeling
■653    ▼aEjector  performance  map
■653    ▼aHeat  exchanger  modeling
■653    ▼aCirculation  composition  measurement
■690    ▼a0548
■690    ▼a0215
■690    ▼a0348
■690    ▼a0791
■71020▼aUniversity  of  Illinois  at  Urbana-Champaign▼bMechanical  Sci  &  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-06B.
■790    ▼a0090
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17361023▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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