Düşük sıcaklık organik rankine çevrim uygulamalarında kullanılan radyal türbinin aerotermodinamik tasarımı ve simülasyonu
The aerothermodynamical design and simulation of radial turbines used in low temperature organic rankine cycle
- Tez No: 441852
- Danışmanlar: PROF. DR. ATİLLA BIYIKOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 132
Özet
Bu çalışmada, düşük sıcaklık Organik Rankine Çevriminde (ORÇ) kullanılacak bir gaz türbini sistemi tasarlanmıştır. Öncelikle, Organik Rankine Çevrimi 80oC çevrim üst sıcaklığı ve 40oC çevrim alt sıcaklığı için 1 MW mekanik güç üretecek şekilde tasarlanmıştır. Daha sonra, bu tasarım şartlarında en verimli şekilde çalışacak akışkan seçimi, güvenlik, ozon tabakası inceltme potansiyeli ve küresel ısınma potansiyelleri dikkate alınarak yapılmış ve R123 soğutucu akışkanı iş akışkanı olarak belirlenmiştir. Belirlenen çevrim parametreleri kullanılarak türbin sisteminin izantropik veriminin optimizasyon modeli oluşturulmuş ve bu model ile türbin sisteminin verimi %86,3 olarak elde edilmiştir. Önerilen model, benzer bir gaz türbini üzerinde NASA tarafından gerçekleştirilen deney sonuçları kullanılarak doğrulanmış ve bu model kullanılarak tasarlanacak türbinin temel geometrik ve akış parametreleri belirlenmiştir. Türbin ve bileşenlerinin geometrisinin tasarlanmasında, korunum denklemleri ile birlikte literatürde mevcut olan ampirik bağıntılar ve sınırlayıcı şartlar kullanılmıştır. Doğrulanmış türbin parametreleri, tasarım denklemlerine tanıtılarak türbin çark, nozül, salyangoz, difüzör ve egzoz manifolduna ait tasarım parametreleri belirlenmiştir. Bu tasarım parametreleri, türbin çarkı ve nozülünün çiziminde BLADEGEN, salyangoz, difüzör ve egzoz manifoldunun çiziminde SOLIDWORKS programlarına tanıtılarak 3 Boyutlu türbin elemanlarının çizimleri yapılmıştır. Türbin çarkı ve nozül çizimleri, TURBOGRID programı, salyangoz, difüzör ve egzoz manifoldunun çizimleri ise ANSYS MESHING programına aktarılarak türbin elemanlarının ağ yapıları oluşturulmuştur. Türbin elemanlarının hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) modeli, ayrı ayrı, uygun sınır şartları kullanılarak ANSYS CFX programında koşulmuştur. HAD sonucunda, türbin elemanlarının içerisindeki akışkan hız dağılımları, akım çizgilerin doğrultuları, akışkan içerisindeki, türbin ve nozül kanat yüzeylerindeki basınç dağılımları, entropi üretimi dağılımları elde edilmiştir. HAD sonuçları ile oluşturulan türbin model sonuçları karşılaştırılarak tasarlanan türbin geometrisinin doğruluğu test edilmiştir. Test sonucunda, tasarlanan türbin sisteminin %88,8 verime ulaşabileceği belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, a gas turbine system is designed to be used for low temperature Organic Rankine Cycle (ORC). First, Organic Rankine Cycle is designed to produce 1 MW mechanical power for the boiler exit temperature of 80 ° C and for the condenser exit temperature of 40 ° C. Then, the selection of refrigerant was performed to operate the system in the most efficient manner regarding safety, ozone layer depletion potential and a global warming potential of working fluid. The refrigerant, R123, was selected as the working fluid. The optimization model of isentropic efficiency of the turbine system was established by the specified cycle parameters and the efficiency of the turbine system was obtained as 86.3% by this model. The proposed model was verified by the experiment results performed by NASA on a similar gas turbine and the main geometric and flow parameters of the turbine to be designed were determined based on this model. In the design of geometry of turbine and its components, the conservation equations with empirical correlations available in the literature and the limiting conditions were used. The design parameters belonging to the turbine's impeller, nozzle, volute, diffuser and exhaust manifold were determined by introducing verified turbine parameters to the design equations. The 3-D drawings of turbine impeller and nozzle were done by introducing the design parameters to BLADEGEN, and the drawings of volute, diffuser and exhaust manifold were done by SOLIDWORKS. The grid structures of turbine impeller and nozzle were generated by introducing the drawings to TURBOGRID, and the grid structures of volute, diffuser and the exhaust manifold were generated by introducing the drawings to ANSYS MESHING. The computational fluid dynamics (CFD) model of turbine components was run separately on ANSYS CFX with appropriate boundary conditions. As a result of CFD analysis, the flow velocity distribution in the turbine components, direction of the stream lines in the fluid, the pressure distributions through the surfaces of turbine and the nozzle, and the distributions of entropy generation were obtained. The accuracy of the designed geometry of turbine system was tested by comparing the results of the proposed turbine model and the one obtained in the CFD analysis. It was concluded that the overall efficiency of the proposed turbine system could yield 88.8%.
Benzer Tezler
- Bir yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santrali için organik rankıne çevrimi dizaynı ve modellemesi
Design and modeling of organic rankine cycle for a concentrated solar thermal power plant
ERDEM ACAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNER ÇOLAK
- Isı borusu tabanlı bir atık ısı geri kazanım uygulaması
A heat pipe based waste heat recovery application
OYA YAŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVAN KARABETOĞLU
- Trilateral çevrim ve organik rankine çevrimini kullanan birleşik güç sisteminin termodinamik analizi
Thermodynamic analysis of combined power system using trilateral cycle and organic rankine cycle
MEHMET ÖZÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NAGİHAN BİLİR SAĞ
- Organik Rankine çevrimi için türbin tasarımı
Turbine design for organic Rankine cycle
ALPEREN BUĞRA ÇOLAK
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiBilecik Şeyh Edebali ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ ARSLAN
- Organik rankine sistemi ve türbininin tasarımı
Organic rankine system and turbine design
NURİYE ANIL GÜRLEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FIRAT OĞUZ EDİS