Development of thermofluidic design tool for organic Rankine cycle axial and radial inflow turbines
Organik Rankine çevrimi eksenel ve radyal girişli türbin için termofluidik tasarım aracının geliştirilmesi
- Tez No: 830925
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR UĞRAŞ BARAN, PROF. DR. MEHMET HALUK AKSEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 263
Özet
Bu tezde, organik Rankine çevrimli güç sistemlerinde kullanılan eksenel ve radyal girişli türbinler için ön ve detaylı tasarım araçları geliştirilmiştir. Tasarım sistemi içerisinde, ortalama hat tasarımı, ortalama hat analizi, kanat yaratıcısı, akış hattı geçişi, zaman ötelemeli akış ve kanattan kanada çözücüler geliştirilmiştir. Ortalama hat tasarım aracı, akış yolu boyutlarını belirler ve başlangıç güç çıkışını ve hat termokinetik parametrelerini hesaplar. Ortalama hat tasarımından elde edilen sınır koşullarını ve akış yolu boyutlarını kullanarak tasarım dışı analiz yapmak için geliştirilen quasi-1D ortalama hat analiz çözücüsü, ortalama hat tasarım koduna etkin bir şekilde bağlanmıştır. Bu sayede türbinin tasarım dışı noktalardaki karakteristiklerini ön tasarım aşamasında dahi belirlemek mümkün olmaktadır. Meanline tasarım kodunun sonuçları aynı zamanda streamline throughflow koduna da aktarılmış ve her bir kanat sırası boyunca termodinamik ve kinematik parametrelerin kökten uca değişimi elde edilmiştir. Streamline throughflow kodu, kanatçık çıkışı boyunca teğetsel hız dağılımını girdi olarak alır ve kanat giriş ve çıkış metal açılarının belirlenmesini sağlar.Bu kanat metal açıları daha sonra kanatçık yaratıcı koduna girdi olarak verilir ve bu modülde iki ve üç boyutlu kanat tasarımı gerçekleştirilir. Streamline çözücüsü, kanat geçişi ve uç duvar bölgesinde gerçekçi sonuçlar sağlayamaz. Bu nedenle, hem kanat geçişi boyunca hem de uç duvar sınır tabaka etkilerini daha gerçekçi bir şekilde çözmek için açık kaynaklı Multall S2 çözücüsü tasarım sistemine dahil edilmiştir. Tasarım sisteminin son parçası olan ve daha çok eksenel türbinler için kullanılan zaman yürüyüşlü kanattan kanada çözücü, kanadın performansını yaklaşık üç boyutlu bir hesaplama alanında hesaplar. Bu kod, kanadın emme ve basınç yüzeylerindeki basınç dağılımını belirlemek ve kanadın kaldırma karakteristiklerini belirlemek için kullanılır. Çözücüler içerisinde organik gaz akışının kayıp işlemine ilişkin gerekli düzeltmeler de yapılmıştır. Literatürde organik Rankine çevrimi uygulamaları için gaz türbinleri için türetilmiş ampirik bağıntılar kullanılmakta ve gerçek gaz etkileri genellikle göz ardı edilmektedir. Bu çalışmada, gerçek gaz etkileri de analiz edilmiş ve ampirik bağıntılarda gerekli düzeltmeler yapılmıştır. Her bir çözücü literatürde bulunan test durumları ile doğrulanmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, preliminary and detailed design tools are developed for axial and radial inflow turbines used in organic Rankine cycle power systems. Within the design system, meanline design, meanline analysis, blade generator, streamline throughflow, time marching throughflow, and blade-to-blade solvers have been developed. The meanline design tool determines flow path dimensions and calculates initial power output and pitchline thermokinetic parameters. The quasi-1D meanline solver, developed to perform off-design analysis using the boundary conditions and flow path dimensions obtained from the meanline design, is effectively linked to the meanline design code. In this way, it is possible to determine the characteristics of the turbine at off-design points even at the preliminary design stage. The results of the meanline design code were also transferred to the streamline throughflow code, and the hub-to-type variation of thermodynamic and kinematic parameters along each blade row was obtained. The streamline throughflow code takes the tangential velocity distribution along the blade row exit as input and allows the determination of the blade inlet and outlet metal angles. These blade metal angles are then given as input to the blade generator code and two- and three-dimensional blade design is performed in this module. Streamline flow cannot provide realistic results within the blade passage and end wall region. For this reason, the open-source Multall flow solver has been included in the design system to more realistically solve both the blade passage and endwall boundary layer effects. The final part of the design system, the time marching blade to blade solver, which is mostly used for axial turbines, calculates the performance of the blade in a quasi three-dimensional computational domain. This code is used to determine the pressure distribution on the suction and pressure surfaces of the blade and to determine the lift characteristics of the blade. Necessary corrections are also made regarding the loss treatment of the organic gas flow within the solvers. In the literature, empirical relations derived for gas turbines are used for organic Rankine cycle applications and real gas effects are usually ignored. In this work, real gas effects are also analyzed and necessary corrections are made in the empirical relations. Each solver has been validated with test cases found in the literature.
Benzer Tezler
- Micro/nano-engineered techniques for enhanced pool boiling heat transfer
Havuz kaynaklı ısı transferi için mikro / nano mühendisli teknikleri
ABDOLALİ KHALILI SADAGHIANI
Doktora
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KOŞAR
- Design and mechanical behavior of brazed plate heat exchangers
Sert lehimli plakalı ısı değiştirgeçlerinin tasarımı ve mekanik davranışı
YİĞİT GÜRLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HATİCE SEÇİL ARTEM
- Menopoza ilişkin Belirti Tarama Listesi'nin geliştirilmesi: Geçerlik ve güvenirlik çalışması
Development of symptom check list related with menopause: The study of validity and reliability
NİHAN TEMİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
PsikolojiHacettepe ÜniversitesiPsikoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RÜVEYDE BAYRAKTAR
- Development of an artificial neural network model for the estimation of chlorophyll-a in lakes
Göllerdeki klorofil-a'nın belirlenmesi için bir yapay sinirsel ağ modelin geliştirilmesi
CÜNEYT KARUL
Doktora
İngilizce
1999
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELÇUK SOYUPAK