Farklı nano soğutucu akışkanların organik rankine çevrim performansı üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of different nano refrigerants on organic rankine cycle performance
Yazar: MELTEM ARISU
Danışman: PROF. DR. TAYFUN MENLİK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Organik rankine çevrim sistemleri = Organic rankine cycle systems

Özet:
Dünyada enerji kullanımı; artan nüfus, kırsal kesimden kentlere göç, teknolojik gelişmeler, hayatı kolaylaştıran teknolojik ürünlerin kullanımında artış gibi nedenlerle sürekli artmaktadır. Bu nedenle enerjinin temininde yenilenebilir enerji kaynaklarına rağbet artmakta, enerji kaybının önüne geçebilmek içinse teknolojik araştırmalar yapılmakta, enerjinin verimli kullanılabilmesi yolunda var olan sistemler geliştirilmektedir. Organik Rankine Çevrimi (ORÇ), ısı enerjisinin işe çevrilmesinde kullanılan termodinamik bir çevrimdir. Gelişen teknoloji ve artan enerji ihtiyacı nedeniyle Organik Rankine Çevrimini konu alan çalışmalar araştırmacılar tarafından ilgi ile takip edilmektedir. Bu çalışma, ORÇ sisteminde kullanılan iş akışkanlarına nano partikül eklenmesinin sistem performansı üzerinde etkisini incelemektedir Bu çalışmanın özgünlüğü, seçilen iş akışkanları ve nano partiküllerin özel kombinasyonlarında yatmaktadır. İzentropik, ıslak ve kuru akışkanlar arasından yapılan seçim, R141b, R142b ve R123 gibi geleneksel iş akışkanlarının yanı sıra çevre dostu alternatifler olan R32 ve R600'yü içermektedir. Bu seçim, eski ve yeni nesil akışkanların ORÇ sisteminde birbirlerinin yerine kullanılma potansiyelini araştırmayı hedeflemektedir. Al2O3 ve TiO2 nano partikülleri iş akışkanlarına eklenerek oluşturulan 14 farklı nano akışkan için performansları hesaplanmıştır. Al2O3 ve TiO2 nano partiküllerin seçimi, nano partiküllerin termo-fiziksel özellikleri, yüksek ısı iletkenliği ve termal kararlılık gibi avantajlar sağlayarak iş akışkanlarının ısı transfer özelliklerini artırmak amacını taşımaktadır. Bu durum, organik Rankine çevrim sisteminin verimliliğini artırmayı hedeflemektedir. Akışkan türleri arasında izentropik akışkanların R141b ve R123'ün ORÇ sistemi için daha kullanışlı olduğu görülmüştür. ORÇ sisteminde akışkan türü olarak performans incelendiğinde izentropik akışkanların daha yüksek verim elde edildiği, ardından kuru tür akışkanların geldiği görülmüştür. En düşük verim değerleri R22 ve R32 akışkanları için bulunmuştur.

Abstract:
Energy consumption worldwide is continuously increasing due to factors such as population growth, rural-to-urban migration, technological advancements, and the rising use of technological products that facilitate life. Consequently, there is a growing demand for renewable energy sources in energy supply, and technological research is conducted to prevent energy loss and enhance the efficient use of energy. Organic Rankine Cycle (ORC) is a thermodynamic cycle used to convert thermal energy into work. Due to advancing technology and increasing energy needs, studies focusing on the Organic Rankine Cycle are closely followed by researchers. This study examines the impact of adding nano-particles to working fluids used in the ORC system on system performance. The uniqueness of this study lies in the specific combinations of selected working fluids and nano-particles. The choice made among isentropic, wet, and dry working fluids includes traditional working fluids such as R141b, R142b, and R123, as well as environmentally friendly alternatives like R32 and R600. This selection aims to explore the potential interchangeability of old and new generation working fluids in the ORC system. The performance of 14 different nano-fluids, created by adding Al2O3 and TiO2 nano-particles to working fluids, is calculated. The selection of Al2O3 and TiO2 nano-particles aims to enhance the heat transfer properties of working fluids by providing advantages such as thermo-physical properties, high thermal conductivity, and thermal stability. This, in turn, aims to improve the efficiency of the organic Rankine cycle system. Among the types of working fluids, it is observed that isentropic fluids, specifically R141b and R123, are more useful for the ORC system. When the performance of working fluid types in the ORC system is examined, it is found that isentropic fluids achieve higher efficiency, followed by dry-type fluids. The lowest efficiency values are found for R22 and R32 working fluids.