s‐CO2 güç sistemlerindeki mikro kanallı kompakt ısı değiştiricilerin numerik ve deneysel analizleri
Numerical and experimental analysis of micro‐channel compact heat exchangers in s‐CO2 power systems
- Tez No: 687307
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BÜLENT GÜZEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Gemi Mühendisliği, Mechanical Engineering, Engineering Sciences, Marine Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Süper kritik karbondioksit (s-CO2) güç çevrimleri, geleneksel buhar Rankine çevrimlerine kıyasla yüksek termal verimlilikleri ve güç yoğunlukları nedeniyle tercih edilir. Bu tez çalışmasında, s-CO2 reküperatif Brayton çevrimi ile çalışan bir atık ısı geri kazanım sistemi (WHRS) tasarlanmış, bu sistemin önemli bir bileşeni olan baskılı devre ısı değiştirici (PCHE) reküperatörü numerik, HAD ve sonlu elemanlar metotları kullanılarak geliştirilmiş ve performansı deneysel metotlarla analiz edilmiştir. Bu kapsamda; öncelikle, önerilen PCHE'nin termal-hidrolik ve yapısal analizleri numerik olarak yapılmıştır. Bir önceki alt-ısı değiştiricinin çıktısını bir sonrakinin girdisi olarak kullanan alt-ısı değiştirici modeli, numerik termal-hidrolik tasarımda baskılı devre ısı değiştiricisini alt bölümlere ayırarak uygulanmıştır. Ardından, önerilen tasarımın akış analizleri ve güvenilirliği HAD ve sonlu elemanlar metotları ile kontrol edilip nihai tasarım şekillendirilmiştir. Yapılan analizler sonucunda; üretilmesi planlanan bir PCHE, ASME Basınçlı Kapların İmalatı için Kurallara (BPVC) uygun olarak tasarlanıp imal edilmiştir. Üretilen 25 kW'lık baskılı devre ısı değiştirici, 1 mm fin kalınlığı ve 1.5 mm plaka kalınlığı ile birlikte 1000 m2/m3'lük kompaktlık değerine ulaşmıştır. Üretilen PCHE, YTÜ Merkez Laboratuvarı'nda kurulu kompakt ısı değiştirici test düzeneğine monte edilip planlanan deneyler yapılmıştır. Deneyler; bu test düzeneğinde, yüksek basınçlardaki s-CO2 akışkanı ile yapılmıştır. Deneysel ve numerik analizlerin sonuçları birbirleri ile uyumlu çıkmış, ısıl yükler ile etkinlik değerleri arasındaki maksimum farklar sırasıyla %4.9 ve %5.4 olarak gerçekleşmiştir. Genel ısı transfer katsayıları arasındaki fark ise %1.2 seviyelerinde kalmıştır. Bu çalışma ile alt-ısı değiştirici modelinin diğer tasarım yöntemlerine göre yüksek doğruluk oranlarında PCHE tasarımları sağladığı gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Supercritical carbon dioxide (s-CO2) power cycles are mostly preferred due to their high thermal efficiency and power density in comparison to the conventional steam Rankine cycles. In this thesis, a waste heat recovery system (WHRS) operating with s-CO2 recuperative Brayton cycle was designed, the printed circuit heat exchanger (PCHE) recuperator, which is an important component of this system, was developed using numerical, CFD, finite element methods and its thermal-hydraulic performance has been analysed with experimental methods. Within this scope; firstly, thermal-hydraulic and structural analyses of a proposed PCHE were performed numerically. The sub-heat exchanger model, which uses the output of the previous sub-heat exchanger as the input of the next, is applied by subdividing the PCHE in numerical thermal-hydraulic design. Then, the flow analysis and reliability of the proposed PCHE were checked with CFD and finite element methods, and the design of the PCHE was finalized. From the results of all these analyses, a heat exchanger is structurally designed and fabricated in compliance with ASME BPVC rules. The fabricated 25 kW-PCHE has reached a compactness value of 1000 m2/m3 with a fin thickness of 1 mm and a plate thickness of 1.5 mm. The fabricated PCHE was mounted on the compact heat exchanger test setup established in YTU Central Laboratory and the planned experiments were performed. The experiments were performed with s-CO2 operating at high pressures. The results of experimental and numerical analysis are in good agreement. The maximum differences between heat loads and effectiveness values are 4.9% and 5.4%, respectively. The maximum difference between the overall heat transfer coefficients is 1.2%. It is shown that using the sub-heat exchanger model provides highly accurate PCHE designs compared to other design methods.
Benzer Tezler
- Development of diffusion bonding processes for metal alloys to use production of pche
Baskılı devre ısı değiştirici üretimi için metal alaşımlarının difüzyon bağlama süreçlerinin geliştirilmesi
AHMET FURKAN EROL
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHAMMET KÜRŞAT KAZMANLI
- Monolit kanallı katalizörlerde doğalgazdan hidrojen eldesinin ve doğalgaz - hidrojen karışımlarının yakılmasının deneysel ve teorik analizi
Experimental and theoretical analysis of hydrogen production from natural gas and combustion of natural gas - hydrogen mixtures on monolith catalysts
ASLI SAYAR
Doktora
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURDİL ESKİN
- Glycerol etherification with isobutene for the production of fuel additives
Gliserolün izobüten ile eterleşmesiyle yakıt katkısı üretimi
ÖZGE DENİZ BOZKURT
Doktora
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER UZUN
- Perovskit katalizörlerde metan yanmasının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of methane combustion over perovskite catalysts
VEYSİ BAŞHAN
Doktora
Türkçe
2021
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YASİN ÜST
- Contribution a la recherche d'un cadre juridique pour un droit international de laconcurrence plus efficace
Daha etkin bir uluslararası rekabet için hukuki çerçeve arayışı
ALİ CENK KESKİN
Doktora
Fransızca
2009
HukukGalatasaray ÜniversitesiKamu Hukuku Ana Bilim Dalı
PROF. DR. JEAN MARC SOREL
PROF. DR. HALİL ERCÜMENT ERDEM