Study of organic Rankine cycle with zeotropic mixtures and optimization of mixture composition
Organik Rankin çevriminin zeotropik karışımlar ile incelenmesi ve karışım bileşiminin optimizasyonu
- Tez No: 882995
- Danışmanlar: PROF. DR. HASAN BEDİR, PROF. DR. GÜNAY ANLAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 178
Özet
Bu çalışmanın iki ana bölümü bulunmaktadır. Çalışmanın ilk bölümünde amaç, güvenilir kararlı durum verileri kullanılarak doğrulanan doğru bir ORC modeli geliştirmektir. Bu amaçla, tekrarlanabilir bir şekilde veri elde etmek için 80 ile 110 ℃ arasında değişen dört farklı ısı kaynağı (yağ) sıcaklığında testler yapılmıştır. Önerilen model, model tahminlerinin doğruluğunu artırmak için basınç düşüşü ve ısı transferi korelasyonlarını dikkate almaktadır. Sonuçlar, kararlı durum ORC modelinin basınçta ±%1 ve sıcaklıkta ±1 ℃ sapmalarla ve kütle akış hızı, ısı transfer hızı ve soğutucu pompa gücü tahminlerinde ±%5 ile önemli ölçüde doğru olduğunu göstermektedir. İkinci bölümde, değişen mol oranlarına sahip on farklı R134a karışımının performansı, ilk bölümde geliştirilen ORC modelinin modifiye edilmiş versiyonu ile değerlendirilmiştir. Akışkan taraması, düşük yanıcılık ve toksisite indeksleri, düşük ODP değerleri, saf soğutucu akışkan adaylarının moleküler ağırlığı gibi çeşitli kriterlere göre yapılmıştır. Seçilen değişken kütle oranına sahip R134a karışımlarının parametrik performans değerlendirmesi, net güç çıkışı ve çevrim termal verimliliği gibi iki performans göstergesine göre yapılmıştır. Genişletici çıkış basıncı ve sıcak akışkan (yağ) giriş sıcaklığı belirleyici parametreler olarak seçilmiştir. Parametrik performans çalışmasında öncelikle sıcak akışkan giriş sıcaklığı hariç tüm parametreler sabit tutulmuş ve 363-403 K arasında değişen sıcak akışkan giriş sıcaklığı için değişen kütle oranlarına sahip R134a karışımları aranmıştır. Ardından, seçilen performans göstergeleri açısından değişken bileşimlere sahip en iyi performans gösteren R134a karışımlarını aramak için sıcak akışkan giriş sıcaklığı alanı 363-393 K ve genişletici çıkış basıncı 550-700 kPa arasında değiştirilmiştir. Sonuçlar, R134a/R32, R134a/R143a, R134a/R125 karışımları dahil olmak üzere saf R134a'dan daha uçucu ikinci bileşenlere sahip zeotropik karışımların, ikinci bileşenlerin sınırlı kütle oranına sahip olmalarına rağmen, tüm uygulanabilir sıcaklıklar ve genişletici çıkış basıncı aralığı için seçilen performans göstergeleri açısından en iyi performansı gösterdiğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
There are two main parts of this study. In the first part of the study, the aim is to develop an accurate ORC model which is validated using reliable steady-state data. For this purpose, tests are conducted at four different heat source temperatures ranging from 80 to 110 ℃ to obtain data in a repeatable manner. The proposed model considers pressure drop and heat transfer correlations to improve the accuracy of model predictions. The results show that the steady-state ORC model is significantly accurate, with ±1% deviations in pressure and ±1 ℃ in temperature, and ±5% in mass flow rate, heat transfer rate and refrigerant pump power predictions. In the second part, the performance of ten different R134a blends with varying mole fractions is evaluated by the modified version of the ORC model developed in the first part. The fluid screening is made for various criteria including low flammability and toxicity indexes, low ODP values, and molecular weight of the pure refrigerant candidates. The parametric performance evaluation of the selected R134a blends with the variable mass fraction is made with respect to two performance indicators including net power output, and the cycle thermal efficiency. Expander outlet pressure and hot fluid inlet temperature are selected as decisive parameters. For the parametric optimization, firstly, all the parameters except the hot fluid inlet temperature are fixed, and R134a blends with varying mass fractions are searched for hot fluid inlet temperature ranging between 363-403 K. Then, the expander outlet pressure is changed between 550-700 kPa for a hot fluid inlet temperature field of 363-393 K to seek the best performing R134a blends with variable compositions in terms of the selected performance indicators. Results show that zeotropic blends with more volatile second components than the pure R134a including R134a/R32, R134a/R143a, and R134a/R125 blends show the best performance in terms of selected performance indicators for all applicable temperatures and the expander outlet pressure range, although they have limited mass fraction of the second components. Besides, azeotropic blends that have closer boiling temperatures to R134a can also provide a better performance than pure R134a.
Benzer Tezler
- Yeni-nesil ve zeotropik akışkanlar kullanılarak tasarlanmış rejeneratif reküperatörlü organik rankine çevriminin performansının belirlenmesi
Determination of performance of organic rankine cycle with regenerative recuperator designed using next-generation and zeotropic fluids
MEHMET AKSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiNecmettin Erbakan ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KAHRAMAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ SADIK ATA
- Thermodynamic and economical analysis of organic rankine cycle usage with natural gas fired internal combustion engine waste heat
Doğalgaz Yakıtlı İçten Yanmalı Motorun Atık Isısı ile Organik Rankine Çevrimi Kullanımının Termodinamik ve Ekonomik Analizi
YUNUS EMRE TALU
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ PINARBAŞI
- Brayton-organik rankıne çevrimi birleşik sistem performansının araştırılması
Investigation of the performance of combined Brayton-organic rankine cycle system
ONUR BOR
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine MühendisliğiOsmaniye Korkut Ata ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖNDER KAŞKA
- Technical and economic feasibility of organic rankine cycle (ORC) - a case study of Libya
Organik rankıne çevriminin (ORÇ) Libya şartlarında teknik ve ekonomik fizibilite analizi
AHMED GAMALALDIN A. ALSAWAIAH
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
EnerjiKarabük ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALPER ERGÜN