Exhaust thermal energy recuperation in small gas turbine and turbojet engines Küçük gaz türbini ve turbojet motorlarında egzoz termal enerji geri kazanımı

ÖZETHer geçen gün artan hava kirliliği ile önem kazanan karbondioksit emisyonunun azaltılmasına yönelik çalışmalar her alanda devam etmektedir. Elektrik üretimi, taşımacılık gibi hava kirliliğinin büyük kısmını oluşturan alanlarda gaz türbini kullanımı yaygındır. Gelişime açık bu motorlar ile verimi arttırmak ve yakıt tasarrufu sağlamak amacıyla çalışılan yöntemlerden biri olan reküperatör tasarımı bu tezin konusudur. Yer ve hava olmak üzere iki farklı mikro gas türbin motoru için borulu ısı değiştirici basınç kaybı ve sıcaklık artışı dikkate alınarak modellenmiştir. Hava tipi motorlarda alan kısıdı olmasından dolayı, yer tipi motor için daha karmaşık bir tasarım ele alınmıştır. Yaprak ve dağıtım boruları olmak üzere iki ana bölüme sahip olan reküperatörün 2B ve 3B HAD analizleri yapılmış. Tasarım ANSYS DOE programı kullanılarak optimize edilerek, yer ve hava tipi mikro türbinler için en verimli model elde etmek amaçlanmıştır. Bunlara ek olarak, HAD analiz sonuçlarına göre bileşen performans haritalarından faydalanarak termodinamik çevrim analizi yapılmıştır. Eşleşme yöntemi kullanılan bu çalışmaların sonucunda motor için sıfır fayda sağlayacak eşik etkinlik değeri hesaplanmıştır. Böylece ısı değiştiricinin sahip olduğu etkinliğin eşik değerine oranı ayırt edici bir parametre olmuştur. Sonuç olarak yapılan analizler karşılaştırılmış, en verimli modellerin yakıt kütlesel debileri ile itki kuvvetleri reküperatörsüz motorla kıyaslandığında yer ve hava tipi motorların özgül yakıt tüketiminde 2.54 ve 4.82 oranında iyileşmeler gözlenmiştir.ABSTRACTEfforts to reduce carbon dioxide emissions, which come into prominence with the increasing air pollution day by day, continue in every field. In areas such as electricity generation and transportation, which constitute the majority of air pollution, the use of gas turbines is common. The subject of this thesis, recuperator design is one of the methods studied to increase efficiency and save fuel with these engines that are open to improvement. The shell and tube heat exchanger for two different micro gas turbine engines, land and aero, has been modeled by considering pressure loss and temperature rise. Due to area limitations in aero engines, a more complex design has been considered for the land engine. The recuperator with two main sections leaf and manifold analyzed in 2D and 3D. By optimizing the design using the ANSYS DOE program, it is aimed to obtain the most efficient model for land and aero type microturbines. In addition to these, thermodynamic cycle analysis has been performed by using component performance maps according to CFD analysis. As a result of these studies using the matching method, the threshold effectiveness that will provide zero benefits for the engine has been calculated. Thus, the ratio of the efficiency of the heat exchanger to the threshold value became a distinctive parameter. To sum up, improvements have been observed as 2.54 and 4.82 less TSFC of land and aero engines when the fuel mass flow rates and thrust forces of the most efficient models have been compared with the engine without a recuperator.

Erişime Açık
Görüntülenme
17
24.10.2022 tarihinden bu yana
İndirme
1
24.10.2022 tarihinden bu yana
Son Erişim Tarihi
13 Haziran 2024 11:16
Google Kontrol
Tıklayınız
Tam Metin
Tam Metin İndirmek için tıklayın Ön izleme
Detaylı Görünüm
Eser Adı
(dc.title)
Exhaust thermal energy recuperation in small gas turbine and turbojet engines Küçük gaz türbini ve turbojet motorlarında egzoz termal enerji geri kazanımı
Eser Sahibi
(dc.contributor.author)
Hakyemez Çatiner, Deniz
Tez Danışmanı
(dc.contributor.advisor)
Sercan Acarer
Yayıncı
(dc.publisher)
Graduate School of Natural and Applied Sciences
Tür
(dc.type)
Yüksek Lisans
Açıklama
(dc.description)
xiv, 58 pages
Açıklama
(dc.description)
29 cm. 1 CD
Özet
(dc.description.abstract)
ÖZETHer geçen gün artan hava kirliliği ile önem kazanan karbondioksit emisyonunun azaltılmasına yönelik çalışmalar her alanda devam etmektedir. Elektrik üretimi, taşımacılık gibi hava kirliliğinin büyük kısmını oluşturan alanlarda gaz türbini kullanımı yaygındır. Gelişime açık bu motorlar ile verimi arttırmak ve yakıt tasarrufu sağlamak amacıyla çalışılan yöntemlerden biri olan reküperatör tasarımı bu tezin konusudur. Yer ve hava olmak üzere iki farklı mikro gas türbin motoru için borulu ısı değiştirici basınç kaybı ve sıcaklık artışı dikkate alınarak modellenmiştir. Hava tipi motorlarda alan kısıdı olmasından dolayı, yer tipi motor için daha karmaşık bir tasarım ele alınmıştır. Yaprak ve dağıtım boruları olmak üzere iki ana bölüme sahip olan reküperatörün 2B ve 3B HAD analizleri yapılmış. Tasarım ANSYS DOE programı kullanılarak optimize edilerek, yer ve hava tipi mikro türbinler için en verimli model elde etmek amaçlanmıştır. Bunlara ek olarak, HAD analiz sonuçlarına göre bileşen performans haritalarından faydalanarak termodinamik çevrim analizi yapılmıştır. Eşleşme yöntemi kullanılan bu çalışmaların sonucunda motor için sıfır fayda sağlayacak eşik etkinlik değeri hesaplanmıştır. Böylece ısı değiştiricinin sahip olduğu etkinliğin eşik değerine oranı ayırt edici bir parametre olmuştur. Sonuç olarak yapılan analizler karşılaştırılmış, en verimli modellerin yakıt kütlesel debileri ile itki kuvvetleri reküperatörsüz motorla kıyaslandığında yer ve hava tipi motorların özgül yakıt tüketiminde 2.54 ve 4.82 oranında iyileşmeler gözlenmiştir.ABSTRACTEfforts to reduce carbon dioxide emissions, which come into prominence with the increasing air pollution day by day, continue in every field. In areas such as electricity generation and transportation, which constitute the majority of air pollution, the use of gas turbines is common. The subject of this thesis, recuperator design is one of the methods studied to increase efficiency and save fuel with these engines that are open to improvement. The shell and tube heat exchanger for two different micro gas turbine engines, land and aero, has been modeled by considering pressure loss and temperature rise. Due to area limitations in aero engines, a more complex design has been considered for the land engine. The recuperator with two main sections leaf and manifold analyzed in 2D and 3D. By optimizing the design using the ANSYS DOE program, it is aimed to obtain the most efficient model for land and aero type microturbines. In addition to these, thermodynamic cycle analysis has been performed by using component performance maps according to CFD analysis. As a result of these studies using the matching method, the threshold effectiveness that will provide zero benefits for the engine has been calculated. Thus, the ratio of the efficiency of the heat exchanger to the threshold value became a distinctive parameter. To sum up, improvements have been observed as 2.54 and 4.82 less TSFC of land and aero engines when the fuel mass flow rates and thrust forces of the most efficient models have been compared with the engine without a recuperator.
Kayıt Giriş Tarihi
(dc.date.accessioned)
03.11.2022
Açık Erişim Tarihi
(dc.date.available)
2022-11-03
Yayın Tarihi
(dc.date.issued)
2022
Yayın Dili
(dc.language.iso)
eng
Konu Başlıkları
(dc.subject)
Akışkanlar dinamiği
Konu Başlıkları
(dc.subject)
Reküperatör
Tek Biçim Adres
(dc.identifier.uri)
https://hdl.handle.net/11469/2950
Analizler
Yayın Görüntülenme
Yayın Görüntülenme
Erişilen ülkeler
Erişilen şehirler
6698 sayılı Kişisel Verilerin Korunması Kanunu kapsamında yükümlülüklerimiz ve çerez politikamız hakkında bilgi sahibi olmak için alttaki bağlantıyı kullanabilirsiniz.

creativecommons
Bu site altında yer alan tüm kaynaklar Creative Commons Alıntı-GayriTicari-Türetilemez 4.0 Uluslararası Lisansı ile lisanslanmıştır.
Platforms