title: Χρήση υπολογιστικών φύλλων με σκοπό την επίλυση ασκήσεων για κύκλους παραγωγής ισχύος με ατμό και για καύση υδρογονανθράκων
title: Using spreadsheets for solving exercises related to steam power generation cycles and hydrocarbons' combustion
Creators: name: Παυλιδου Αντρεα
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2023

description: Η παρούσα Διπλωματική Εργασία έχει ως κύριο στόχο την μελέτη προβλημάτων κύκλου παραγωγής ισχύος (Rankine Cycles) και την μελέτη της καύσης σε εσωτερικές μηχανές με χρήση υπολογιστικών φύλλων Excel. 
Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται η μελέτη της συμπεριφοράς ενός απλού ιδανικού κύκλου Rankine,  ο οποίος βασίζεται στην θεωρία του Carnot. Αρχικά, αναφέρονται τα κύρια στοιχεία ενός απλού ιδανικού κύκλου Rankine καθώς και η ενεργειακή ανάλυση των διατάξεων του κύκλου. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται ο πραγματικός κύκλος Rankine και η απόκλιση του από τον ιδανικό κύκλο. Επιπλέον, συναντάμε τους βελτιωμένους κύκλους, οι οποίοι αποτελούνται από τον ιδανικό κύκλο Rankine με αναθέρμανση και με απομάστευση ατμού, μαζί με τις ανάλογες αλληλεπιδράσεις θερμότητας και έργου. Παράλληλα, πραγματοποιείται μια σύντομη αναφορά στον οργανικό κύκλο Rankine και την αρχή λειτουργίας του. Τέλος, εφαρμόζονται ασκήσεις με σκοπό την μελέτη της συμπεριφοράς του κύκλου Rankine, για κάθε μια από τις περιπτώσεις τις οποίες έχουν αναλυθεί. Μέσω των ασκήσεων, εξετάζεται η ενεργειακή ανάλυση για την κάθε κατάσταση του κύκλου, με αποτέλεσμα να βρούμε το καθαρό ειδικό έργο, την προσδιδόμενη ειδική θερμότητα και τελικά τον θερμικό βαθμό απόδοσης του κύκλου. 
Στο δεύτερο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η ανάπτυξη υπολογιστικού εργαλείου για τα προβλήματα κύκλου Rankine. Για κάθε ένα από τα προβλήματα που αναπτύχθηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο, δίνεται η εκφώνηση της άσκησης και περιγράφονται αναλυτικά τα βήματα που ακολουθήθηκαν, έτσι ώστε να γίνει η επίλυση των ασκήσεων. Για τις ασκήσεις, χρησιμοποιήθηκε το MS Excel και για κάθε άσκηση δίνονται λεπτομερείς οδηγίες επίλυσης.
Στο τρίτο κεφάλαιο, μελετάται η καύση υδρογονανθράκων. Αρχικά, εξηγείται τι ονομάζεται καύσιμο, δίνεται ο ορισμός της καύσης και οι εφαρμογές της. Ακολούθως, αναφέρονται οι πέντε τύποι καύσης με τα κύρια χαρακτηριστικά τους. Στη συνέχεια, περιγράφεται αναλυτικά η στοιχειομετρία των αντιδράσεων της καύσης και άλλοι ορισμοί που χρησιμοποιούνται συνήθως σε ένα μείγμα αέρα – καυσίμου, το οποίο συναντάται σε μηχανές εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ). Στα πλαίσια αυτά, παρουσιάζεται το ενεργειακό ισοζύγιο, δηλαδή ο πρώτος θερμοδυναμικός νόμος, και έπειτα η ενθαλπία σχηματισμού και η ενθαλπία καύσης. Σημαντική είναι επιπλέον, η έννοια της θερμογόνου δύναμης (ΘΔ) και η διαφοροποίηση της από την θερμότητα καύσης. Επίσης, περιγράφεται η προσέγγιση της θερμοκρασίας αδιαβατικής φλόγας και της απόδοσης γεννήτριας θερμότητας. Τέλος, εφαρμόζονται ασκήσεις που αφορούν την μελέτη της καύσης υδρογονανθράκων (υπολογισμός στοιχειομετρικής αναλογίας αέρα – καυσίμου). Μέσω των κατάλληλων δεδομένων, μπορούν να γίνει και ο υπολογισμός άλλων ορισμών που έχουν αναπτυχθεί, καθώς και η εύρεση της θερμογόνου δύναμης και της απόδοσης γεννήτριας θερμότητας.
Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η ανάπτυξη υπολογιστικού εργαλείου για τα προβλήματα της καύσης υδρογονανθράκων. Για κάθε ένα από τα προβλήματα που αναπτύχθηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο, δίνεται η εκφώνηση της άσκησης και περιγράφονται αναλυτικά τα βήματα που έχουν ακολουθηθεί, έτσι ώστε να γίνει η επίλυση των ασκήσεων μέσω υπολογιστικών φύλλων Excel.
description: The main objective of this Diploma Thesis is the study of power generation cycle problems (Rankine Cycles) and combustion in internal engines using Excel spreadsheets.
In the first chapter, is studied the behaviour of a simple ideal Rankine cycle. Firstly, is recognised the main elements of a simple ideal Rankine cycle as well as the energy analysis of the cycle arrangements. In addition, we encounter the improved cycles, which consist of the ideal Rankine cycle with reheat and regenerative Rankine cycle, including with the corresponding heat and work interactions. Finally, exercises are applied for each studied Rankine cycle, in order to calculate the thermal efficiency of the cycle.
In the second chapter, is presented the development tool for Rankine cycle problems. For each of the problems developed in the previous chapter, is given the exercise pronunciation and the steps followed, hence the exercises can be solved. For the exercises, MS Excel was used and detailed solution instructions are given for each exercise.
In the third chapter, is studied the hydrocarbon combustion. Firstly, is explained what is called a fuel, the definition of combustion and the molar composition of dry air are also given. Additionally, is described the stoichiometry of the combustion reactions and other definitions that are usually presented in an air-fuel mixture, which is found in internal combustion engines. Also important, is the concept of calorific value (or heating value, HV) and the determination of heat generator efficiency. In conclusion, exercises related to the study of hydrocarbon combustion (calculation of stoichiometric air-fuel ratio) are applied.
The fourth chapter, presents the development of a computational tool for hydrocarbon combustion problems. For each of the problems developed in the previous chapter, is given the exercise pronunciation and the steps followed, hence the exercises can be solved through Excel spreadsheets.