İçten yanmalı motorlarda atık ısı geri kazanımı için R134a ve R245fa gazlarının rankine çevrimi analizlerinin AVL cruıse™ M ile yapılması
Analysis of rankine cycle of R134a and R245fa gases with AVL cruise™ M for waste heat recovery in internal combustion
Yazar: TAHA KUBİLAYHAN KAYAALP
Danışman: PROF. DR. MEHMET AKİF CEVİZ
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
İçten yanmalı motorlarda harcanan yakıt enerjisinin yalnızca bir bölümü faydalı işe dönüşürken özellikle soğutma suyu ve egzoz gazları yoluyla önemli miktarda enerji kaybı gerçekleşir. Hem mobil hem de sabit içten yanmalı motor kullanılan sistemlerde bu atık ısıl enerji bir Rankine çevrimli ısı makinesi kullanılarak faydalı işe dönüştürülebilir ve önemli avantajlar söz konusu olur. Soğutma suyu ile atılan enerji düşük sıcaklıklı kaynağa sahipken egzoz gazları yoluyla enerji geri kazanımı potansiyeli, yüksek sıcaklık sayesinde daha yüksektir. Her iki kaynaktan eş zamanlı enerji geri kazanımı için farklı iş akışkanları kullanımı gerekmektedir çünkü iş akışkanları kaynak ve kuyu sıcaklıklarından doğrudan etkilenmektedir.  Bu çalışmada soğutma suyundan enerji geri kazanımı için R134a ve egzoz gazlarından enerji geri kazanımı için R245fa kullanılmış ve AVL CRUISE™ M programında oluşturulan Rankine çevrim modeli ile kaynak sıcaklığı ve iş akışkan debisinin çevrim performansına etkileri incelenmiştir. Egzoz gazlarından geri kazanım uygulaması için üç farklı kaynak sıcaklığı 450, 500 ve 550°C ve iş akışkanı debisi 12, 14 ve 16 l/dk olmak üzere toplam dokuz durumda analizler yapılmıştır. Benzer şekilde soğutma suyundan geri kazanım uygulaması için kaynak sıcaklıkları ve iş akışkanı debisi sırasıyla 80, 90 ve 100°C ve 2, 2.5 ve 3 l/dk seviyesinde tutularak dokuz farklı durum oluşturulmuş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Çalışma sonuçları atık ısıdan enerji geri kazanımı sistemlerinde kaynak sıcaklığına göre iş akışkanının debisinin seviyesinin sistem performansını önemli seviyede etkilediği göstermiştir.

Abstract:
While in internal combustion engines only a fraction of the spent fuel energy converts into useful work, a significant amount of energy loss occurs, especially through cooling water and exhaust gases. In systems in which both mobile and stationary internal combustion are used, this waste thermal energy can be converted into useful work using a Rankine cycle heat engine, and there happens significant advantages. While the energy discharged through cooling water has a low temperature source, the potential for energy recovery through exhaust gases is higher due to the high temperature. Simultaneous energy recovery from both sources requires the use of different working fluids because the working fluids are directly affected by the source and well temperatures. In this study, R134a was used for energy recovery from cooling water and R245fa for energy recovery from exhaust gases and the effects of source temperature and working fluid flow rate on the cycle performance were investigated with the Rankine cycle model created in AVL CRUISE™ M programme. For the exhaust gas recovery application, analyses were performed at three different source temperatures 450, 500 and 550°C and working fluid flow rates 12, 14 and 16 l/min for a total of nine cases. Similarly, for the cooling water recovery application, nine different cases were created by keeping the source temperatures and working fluid flow rates at 80, 90 and 100°C and 2, 2.5 and 3 l/min, respectively and the results obtained were compared. The results of the study showed that the level of the flow rate of the working fluid according to the source temperature in waste heat energy recovery systems significantly affects the system performance.