Rhombic mekanizmalı beta tipi bir Stirling motorunda sıkıştırma oranının motor performansına etkilerinin sayısal olarak incelenmesi
Investigation of the effects of compression rate on engine performance in a beta type Stirling engine with rhombic mechanism by numerically
Yazar: TURAN ALP ARSLAN
Danışman: PROF. DR. HAMİT SOLMAZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering

Özet:
Bu çalışmada rhombic hareket mekanizmasına sahip beta tipi bir Stirling motoruna ait tam bir simülasyon modeli Ansys Fluent yazılımı ile oluşturulmuştur. Test koşullarının ve motor özelliklerinin değiştirilebildiği bu simülasyon modelinin oluşturulmasında bir Tübitak projesi ile üretimi ve testleri gerçekleştirilen deney motoruna ait özellikler ve deney şartları baz alınmıştır. İlgili deney motoru üzerinde yapılan boyutsal değişiklikler ile sıkıştırma oranı değiştirilmiş, bu değişikliklerin motor performansı üzerindeki etkileri incelenerek bir optimizasyon çalışması yürütülmüştür. Dört ayrı analiz kurgusunun uygulandığı çalışmalarda; beta tipi Stirling motoru için sıkıştırma oranı, krank yarıçapı ve rejeneratör bölgesi uzunluğu gibi parametrelerin optimizasyonu sağlanmış, bu parametrelerden kaynaklı motor performansındaki değişimler tespit edilmiştir. Optimizasyon sonucunda maksimum motor performansı 31,5 mm krank yarıçapında, 609,9 mm rejeneratör bölgesi uzunluğunda ve 2,24 sıkıştırma oranı değerinde tespit edilmiş olup bu sıkıştırma oranında çevrimsel iş, güç ve tork değerleri sırası ile 62,47 J, 728,93 W, 9,94 Nm olarak hesaplanmıştır. Optimizasyon sonucunda elde edilen termal verim ise %37,7'dir. Validasyon sonuçları ile optimizasyon sonuçları karşılaştırıldığında motor performansında %99 oranında artış elde edildiği görülmüştür.

Abstract:
In this study, a full simulation model of a beta type Stirling engine with rhombic motion mechanism was created with Ansys Fluent software. In the creation of this simulation model, in which the test conditions and engine characteristics can be changed, the characteristics and test conditions of the test engine, which was produced and tested with a Tübitak project, were taken as a basis. The compression ratio was changed with the dimensional changes made on the test engine and an optimization study was carried out by examining the effects of these changes on the engine performance. In the studies in which four different analysis setups were applied; for beta type Stirling engine, parameters such as compression ratio, crank radius and length of regenerator zone have been optimized and the changes in engine performance due to these parameters have been determined. As a result of the optimization, maximum engine performance was determined at a crank radius of 31.5 mm, a length of the regenerator zone of 609,9 mm and a compression ratio of 2,24. The cyclic work, power and torque values at this compression ratio were calculated as 62,47 J, 728,93 W, 9,94 Nm, respectively. The thermal efficiency obtained as a result of the optimization is 37,7%. When the validation results and optimization results were compared, it was observed that the engine performance increased by 99%.