Denizaltılarda enerji geri kazanımında kullanılabilecek basınç değiştiricinin seçim kriterleri ve sayısal yöntemle ekserji analizi
Selection criteria for a pressure exchanger for energy recovery in submarines and exergy analysis by numerical methods
- Tez No: 995999
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT ÇOLAK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Gemi Mühendisliği, Energy, Defense and Defense Technologies, Marine Engineering
- Anahtar Kelimeler: Denizaltı, Enerji, Gemi tahrik sistemleri, Savunma teknolojileri, Tahrik sistemleri, Submarine, Energy, Ship propulsion systems, Defence technologies, Propulsion systems
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Başkent Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Denizaltıların operasyon sürecince gizlilik, deniz altında uzun süre kalma ve düşük gürültü seviyesi gereksinimleri vardır. Konvansiyonel denizaltılar tipik olarak dizel-elektrik tahrik sistemleri ile donatılmıştır. Bu tip denizaltıların su altı operasyonları için gerekli olan güç bataryalarda depolanan enerjiden karşılanmaktadır. Bu nedenle bataryalarda depolanabilen enerji kapasitesi denizaltı operasyonlarının süresini kısıtlamaktadır. Havadan bağımsız tahrik sistemleri sayesinde atmosfer bağımlılığı olmadan çeşitli formlarda depolanan enerji denizaltı itki sistemlerinde kullanılmaktadır. Havadan bağımsız tahrik sistemlerinde kullanılan yakıt hidrokarbon/alkol türevi olabileceği için yakıt dönüştürücü reaktörde (reformer) katalitik yanma sonucu ortaya karbondioksit açığa çıkmaktadır. Açığa çıkan karbondioksit sessiz, güvenli ve ekonomik bir şekilde mukavim tekne dışına atılmalıdır. Koşullar dikkate alındığından ise açığa çıkan karbondioksiti düşük basınçta deniz suyu içerisinde çözerek mukavim tekne dışına atmak en uygun çözümdür. Basınç değiştirici, yüksek ve düşük basınçlı akışkanlar arasında doğrudan enerji transferi sağlayarak sistemin genel verimliliğini artıran, döner rotor, gövde ve bağlantı portlarından oluşan yenilikçi bir enerji geri kazanım cihazıdır. Genellikle deniz suyundan tatlı su üretiminde enerji geri dönüşüm cihazı olarak kullanılan bu sistem, tez kapsamında farklı çalışma derinliklerinde mukavim tekne içerisine alınan deniz suyunun basıncını, en yüksek 7.2 bara kadar çalışabilen karbondioksit çözme sistemine aktarmak ve ardından çözünmüş karbondioksiti tekrar çalışma derinliğinde dışarıya pompalamak amacıyla incelenmiştir. Tezde, basınç değiştirici sisteminin seçim kriterleri teknik ve enerji verimliliği açısından değerlendirilmiş, uygun yapılandırma belirlendikten sonra yüksek verimliliğe sahip ve bakım gerektirmeyen basınç değiştirici için hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizleri gerçekleştirilmiş, bu analizler denizaltının farklı çalışma derinlikleri için tekrarlanmıştır. HAD analizleri sonucunda elde edilen verilerle sistemin denizaltı içerisine entegre edilebilirliği teknik açıdan tartışılmış, ayrıca basınç değiştiricinin termodinamik performansını değerlendirmek amacıyla ekserji analizi yapılmış ve elde edilen sonuçlar doğrultusunda sistemin enerji geri kazanımı ve uygulanabilirliği ortaya konmuştur.
Özet (Çeviri)
During submarine operations, requirements such as stealth, extended submerged endurance, and low noise levels are of critical importance. Conventional submarines are typically equipped with diesel electric propulsion systems, where the power required for underwater operations is supplied by energy stored in batteries. Consequently, the duration of submarine missions is limited by the energy storage capacity of the batteries. Air-independent propulsion (AIP) systems allow energy stored in various forms to be utilized for submarine propulsion without dependence on atmospheric oxygen. Since hydrocarbon or alcohol-based fuels are often used in AIP systems, catalytic reactions in the reformer generate carbon dioxide as a byproduct. The carbon dioxide produced must be discharged outside the pressure hull in a silent, safe, and economical manner. Considering the operational constraints, dissolving the carbon dioxide in seawater at low pressure and discharging it outside the pressure hull is considered the most suitable solution. The pressure exchanger is an innovative energy recovery device, consisting of a rotating rotor, housing, and connection ports, which enables direct energy transfer between high and low-pressure fluids and enhances the overall system efficiency. While this system is commonly used as an energy recovery device in seawater desalination processes, in this thesis, a pressure exchanger is investigated for its applicability in transferring the pressure of seawater taken into the pressure hull at different operational depths to a carbon dioxide dissolving unit operating at up to 7.2 bar, and subsequently pumping the dissolved CO₂ back outside at the working depth. In this study, the selection criteria for the pressure exchanger system were evaluated in terms of technical suitability and energy efficiency, and the optimal configuration was determined. Computational Fluid Dynamics (CFD) analyses were then performed for the selected, high-efficiency, and maintenance-free pressure exchanger, and these analyses were repeated for different submarine operating depths. The technical feasibility of integrating such a system into a submarine was discussed based on the CFD results, and an exergy analysis was conducted to assess the thermodynamic performance of the pressure exchanger. As a result, the study demonstrates the energy recovery potential and applicability of the proposed system for submarine operations.
Benzer Tezler
- Denizaltılarda optimum yalıtım kalınlığının belirlenmesi
Determination of optimum insulation thickness in submarines
SAVAŞ DURMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET SELİM DALKILIÇ
DOÇ. DR. ANDAÇ BATUR ÇOLAK
- Kobalt kompleksleri üzerinden kimyasal yolla tersinir moleküler oksijen depolanması
Reversible chemical storage of molecular oxygen via cobalt complexes
AHMET İNCE
- Compressive sensing of cyclostationary propeller noise
Çevrimsel durağan pervane gürültüsü için sıkıştırmalı algılama
UMUT FIRAT
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKGÜL
- Cfd-based pı/pıd controller for velocıty and headıngcontrol of the darpa suboff
Had tabanlı PI/PID kontrol yaklaşımı ile darpa suboffdenizaltısının hız ve rota kontrolü
DUYGU ÜNLÜ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CİHAD DELEN
- Denizaltılarda enerji depolama yöntemlerinin incelenmesi
Investigation of energy storage methods in submarines
TAHA ADIGÜZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
DenizcilikKocaeli ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENGİN ÖZDEMİR