Termik sistemlerin boyut ve performans optimizasyonu için yeni bir yöntem : ekserji yoğunluğu

Abstract

Yapılan bu çalışmada termik sistemlerin hem performans hem de boyut kriterlerini aynı anda dikkate alan yeni bir kriterin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda birinci bölümde ilgili literatür kaynakları taranarak ekolojik, ekonomik, boyut ve performans optimizasyonlarında kullanılan kriterler sınıflandırılmış ve yapılan çalışmalardaki eksik noktalar belirtilmiştir. Ardından tezimizin temel amacı olan boyut ve performansı birlikte ele alarak optimize etmeye yönelik olarak yapılan çalışmalar belirtilmiştir. Tanımlanan bu yeni kriterin literatüre yapacağı katkılar ise yine birinci bölümde bahsedilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde ise yeni sunulan özellik ve kriterin farklı özelliklerdeki termodinamik (gaz ve buhar akışkanlı) çevrimler için farklı dizayn koşullarına bağlı olarak parametrik analizler ve optimizasyonlar gerçekleştirilmiştir. Bu bağlamda Brayton, Atkinson, Dizel, Otto ve Rankine çevrimleri ele alınarak her bir çevrime ait Ekserji Yoğunluğu (ρEx) ve özgül entropi (s) grafikleri elde edilmiştir. Bunlara ek olarak Rankine çevrimi özelinde Ortalama Ekserji Yoğunluğu (ρEx,m) kavramı tanımı yapılarak yorumlanmaya çalışılmıştır. Üçüncü bölümde ise hali hazırda çalışan bir termik santrale ait buhar türbinlerinde Ekserji Yoğunluğunun değişimi özgül ekserji ve özgül hacim değişimleri ile birlikte ele alınmış ve türbinlerin her bir kademesinden elde edilecek net ekserjinin yine o kademedeki hacim değişimine oranı yeni kavram olarak tanımlanarak ilgili analizler gerçekleştirilmiştir. Yine buradan yola çıkarak buhar türbinlerinin maliyet analizlerinde kullanılabilecek ve türbin kademe sayısı, kademe çapı ve ekonomik katsayıların bir fonksiyonu olan yeni bir model geliştirilerek analizleri gerçekleştirilmiştir. Dördüncü ve beşinci bölümlerde ise yine bu çalışmada önerilen ve çevrimin net özgül ekserji çıktısının çevrimin özgül hacim değişimine oranı olan Ortalama Çevrim Basıncı (MCP) / Ortalama Çevrim Ekserji Yoğunluğu kriterine analizler farklı dizayn ve çalışma koşullarında çalışan hava akışkanlı güç çevrimleri (Brayton, Atkinson, Dizel ve Otto) için gerçekleştirilmiştir. Önerilen kavramın çevrimin termik verimi, net işi ve ekserji yıkımı ile olan ilişkileri de farklı koşullar için parametrik olarak gösterilmiştir. Çalışmamızın son kısmında ise yapılan uygulamalardan elde edilen sonuçlar özetlenerek gelecek çalışmalar için yapılan planlar ile önerilen özellik ve kriterlerin kullanılabilirliği ifade edilmiştir.