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.
