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: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- 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: 135
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
- Endüstriyel bir yem tesisindeki atık ısı kaynaklı orç sisteminin enerji ve ekonomik analizi
Energy and economic analysis of waste heat sourced orc system in an industrial feed mill plant
EMİN SERHAT AKYÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
EnerjiNecmettin Erbakan ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KAHRAMAN
- Atık ısı kaynaklı kademeli ORC güç santrali tasarımı ve optimizasyonu
Design and optimization of staged ORC power plant by waste heat
İLYAS CEYLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
EnerjiBilecik Şeyh Edebali ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ ARSLAN
- Endüstriyel bisküvi fırınının termodinamik, maliyet analizi ve atık ısı geri kazanımı
Thermodynamic and economic analysis of industrial biscuit oven and waste heat recovery
MURAT ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiBilecik Şeyh Edebali ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MERVE ŞENTÜRK ACAR
- Düşük sıcaklıklı ısı kullanımıyla organik rankine çevrimi ve kısmi buharlaştırmalı organik rankine çevrimi güç sistemlerinin analizi ve optimizasyonu
Analysis and optimization of organic rankine cycle and partially evaporated organic rankine cycle power plant by low-temperature heat utilization
TAHA AYDIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiEnerji Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HADİ GENCELİ
DR. ÖĞR. ÜYESİ PARISA HEIDARNEJAD
- Gemilerde organik rankine çevrimine dayalı atık ısı geri kazanım sistemlerinin ileri termal analizleri ve termo-ekonomik optimizasyonu
Advanced thermal analyses and thermo-economic optimization of waste heat recovery systems based on organic rankine cycle onboard ships
MEHMET AKMAN
Doktora
Türkçe
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN