Thermodynamic and economic analysis of ORC withoptimization of system components
Sistem komponentleri eniyilemesi ile termodinamik ve ekonomik açıdan ORC analizi
- Tez No: 603734
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HASAN BEDİR, PROF. DR. GÜNAY ANLAŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Enerji, Mechanical Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Termodinamik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Organik Rankine çevrimleri (ORÇ) düşük sıcaklık kaynaklarından güç üretmek amacıyla kullanılırlar. Bu çalışma iki ana bölüm içermektedir. Her iki bölümde de 28 farklı çalışma akışkanı üç farklı sıcaklık kaynağı için kullanılmaktadır (90, 120 ve 150 oC). İlk kısımda, değişken türbin verimini eklemek için kayıp hesapları ile radyal içe akış türbininin (RİT) ön dizaynı modele dahil edilmiştir. Bu türbin modeli, gerçek gaz özellikleri kullanılarak ORÇ ile birlikte çalıştırılmaktadır. ORÇ'yi dizayn ederken üretilen net güç başına minimum ısıl iletkenliğini ve maksimum performans faktörünü bulmak için genetik algoritmaya dayalı çok amaçlı eniyileme kullanılmaktadır. Özgül hız, yoğunlaşma basıncı, türbindeki basınç oranı, aşırı ısıtma derecesi ve buharlaştırıcıdaki sıkışma noktası sıcaklık farkı karar değişkenleridir. Pareto sınırları elde edilmekte ve bir karar verme methodu (TOPSIS) kullanılarak her çalışma akışkanı için en iyi çözüm seçilmektedir. R1234yf, R1234ze(e) ve izobütan sırasıyla 90, 120 ve 150 oC sıcaklık kaynakları için en iyi çalışma akışkanları olarak bulunmuşlardır. Her bir çözüm için, türbin geometrisi, akışkan hızları ve rotor açısal hızı hesaplanmaktadır. Tezin ikinci kısmında, RİT ile birlikte çalışan ORÇ modeline plakalı ısı değiştiricisi (PID) olarak tercih edilen buharlaştırıcı için ısı transfer modeli eklenmiştir. Amaç fonksiyonları yeniden tanımlanmış ve üretilen net güç başına minimum ısıl iletkenliği yerine üretilen net güç başına buharlaştırıcı ısı transfer alanı kullanılmıştır. Buharlaştırıcı geometrisini eniyilemek için PID'deki plakaların boyu, genişliği ve aralarındaki mesafe yeni karar değişkenleri olarak eklenmiştir. İkinci kısımda ise 90 oC sıcaklık kaynağı için R1234yf en iyi çalışma akışkanı olarak bulunmuş ve bütan ise hem 120 hem de 150 oC sıcaklık kaynakları için en iyi çalışma akışkanı olarak elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Organic Rankine cycles (ORCs) are used to generate power from low temperature heat sources. There are two main chapters in this study. In both parts, 28 different working fluids are used for three different heat source temperatures (90, 120 and 150 oC). In the first part, a preliminary radial-inflow turbine (RIT) design with loss calculations is incorporated into the model to add dynamic turbine efficiency. The turbine model is run together with the ORC, and real gas properties are used. A genetic multi-objective optimization algorithm (NSGA-II) is used to obtain an ORC and design of system components according to minimum thermal conductance per net power output and maximum performance factor (PF). The decision variables are specific speed, condensation pressure, pressure ratio through turbine, radius ratio at the nozzle, degree of superheating and pinch point temperature difference (PPTD) in the evaporator. Pareto frontiers are obtained as a result, and a decision-making method (TOPSIS) is used to select an optimum solution for each working fluid. R1234yf, R1234ze(e) and isobutane are found to be the optimum working fluids for 90, 120 and 150 oC respectively. For each solution, turbine geometry, fluid velocities and rotor rotational speed are calculated. In the second part, a heat transfer model is added into the model used in the first part for the evaporator preferred as a plate heat exchanger (PHE). The first objective function is redefined, and evaporator heat transfer area is used instead of minimum thermal conductance. The length, the width of the plates and the spacing between the plates in PHE are added as new decision variables to optimize evaporator geometry. R1234yf is found to be the optimum working fluid for 90 oC source temperature, and butane is obtained to be ideal for both 120 and 150 oC unlike the first chapter.
Benzer Tezler
- Deniz tipi karbon tutum sistemlerinin incelenmesi
Investigation of marine type carbon capture system
ENGİN GÜLER
Doktora
Türkçe
2025
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN
- Exergo-economic and environmental optimization of organic Rankine cycle on ships
Gemilerde organik Rankin çevriminin eksergoekonomik ve çevresel optimizasyonu
MERVE GÜL ÇIVGIN
Doktora
İngilizce
2026
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ DENİZ
- Flow through electrolysıs of H₂S for hydrogen productıon
Hidrojen üretimi için H₂S for'nin akışlı elektrolizi
FAEZEH NAZARI
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER SARIOĞLAN
DOÇ. DR. MEHMET SUHA YAZICI
- Energy, exergy, economic and environmental-based design, analysis and multi objective optimization of novel solar tower-based gas turbine cycle multi-generation systems with new performance criteria
Özgün güneş kuleli gaz türbini çevrimli çoklu-üretim sistemlerinin yeni performans kriterleri ile enerji, ekserji, ekonomik ve çevresel tasarımı, performans analizi ve çok amaçlı optimizasyonu
MERT ÇOLAKOĞLU
Doktora
İngilizce
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET DURMAYAZ
- Yapay zeka yaklaşımları ile gemi ana makinesinin belirlenmesi ve optimum organik rankine çevrimli atık ısı geri kazanım sisteminin kurulması
Determination of ship main engine and establishment of optimum organic rankine cycle waste heat recovery system with artificial intelligence approaches
SAMET GÜRGEN
Doktora
Türkçe
2021
Gemi MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL ALTIN