Mikro organik rankine çevriminde kullanılan radyal türbinin modellenmesi, nümerik ve termodinamik analizi

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: FATİH YİĞİT

Danışman: Ahmet KABUL

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu tez çalışmasında, yerinde enerji üretiminde kullanılan organik Rankine çevrimi (ORC) sistemleri incelenmiştir. Çalışmada, ORC türbinlerinde kullanılan radyal türbin tasarımı ve analizi yapılmıştır. Türbin tasarımında rotor giriş açısı, devir sayısı, akışkan ve giriş sıcaklığı gibi faktörlerin türbin verimini etkisi araştırılmıştır. Rotor giriş açısının artmasıyla rotor giriş hızları arttığı ancak açı yaklaşık 78 dereceyi aştıktan sonra türbin giriş hızlarında düşüş olduğu belirlemiştir. Bununla birlikte türbin devir sayısının yaklaşık 3 katına çıkarılmasında rotor giriş açısı sadece %3 değişirken, türbin veriminin %12 kadar arttığı hesaplamıştır. Ayrıca düşük devirlerde büyük rotor giriş ve çıkış yarıçapları kullanılması gerektiği, türbin devir sayısı arttıkça rotor boyutlarının küçüldüğü belirlenmiştir. Devir sayısının 40 000'den 120 000'e çıkarılmasıyla rotor yarıçapları ortalama %66.7 azaldığı tespit edilmiştir. Türbin giriş sıcaklığının 90 ℃'den 180 ℃'ye çıkartılmasıyla türbin giriş yarı çapının yaklaşık %18.1 arttığı ortaya koyulmuştur. Ayrıca türbin devir sayısının artışı türbin güç üretimine etkisi, genişleme oranının değişimine kıyasla daha az olduğu tespit edilmiştir. Genişleme oranı 8 iken devir sayısının 40 000'den 120 000'e çıkarılmasıyla ısıl verimin yaklaşık %2, devir sayısı 80 000 rpm'de iken genişleme oranının, 2'den 11'e yükseltilmesiyle ısıl verimin yaklaşık %141 arttığı hesaplanmıştır. ORC'de kullanılan farklı akışkanlar (R245fa, R123, R365mfc, R1234yf, R1233zd (E) ve R1234ze (E)) için yapılan parametrik çalışmalar, sistem performansının akışkan türüne göre değiştiğini ortaya koymuştur. En yüksek güç üretimi R1233zd(E) akışkanıyla, en düşük güç üretimi ise R123 akışkanıyla elde edilmiştir. Yapılan üç boyutlu nümerik analizler ile tasarlanan türbinin akış hızı, basınç değişimi ve oluşan türbülanslar üzerine incelemeler gerçekleştirilmiştir. Türbülanslar ve basınç değişimleri türbin verimini etkileyen faktörler olarak belirlenmiştir.