Hidrojen kullanan turbofanlı bir insansız hava aracının ekserjetik sürdürülebilirlik analizi
Exergetic sustainability analysis of an unmanned air vehicle with a hydrogen fuelled turbofan engine
Yazar: NEVZET KAYA
Danışman: PROF. DR. TAHİR HİKMET KARAKOÇ ; PROF. DR. ADNAN MİDİLLİ
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Havacılık Elektrik ve Elektroniği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tezde, yüksek by-pass oranlı bir adet turbofan motora sahip bir yüksek irtifa yüksek takat insansız hava aracının 0 – 16 km irtifaları kapsayan uçuş profili boyunca dodecene ve hidrojen yakıtla, % 0 – 100 ağırlıkça yakıt depolama oranlarıyla ısı geri kazanımlı ve ısı geri kazanımsız,  anlık ve toplam ekserjetik sürdürülebilirlik parametreleri hesaplanmıştır. 
	Hidrojen yakıtın 20 K sıcaklık ve 1 bar basınçta sıvı, 35 K sıcaklık 25 bar 50 bar, 100 bar; 80 K sıcaklık 50 bar, 100 bar, 200 bar; 125 K sıcaklık 100 bar, 200 bar, 350 bar, çevre sıcaklığında 200 bar, 350 bar 700 bar basınçlarda gaz veya malzeme içinde depolandığı kabul edilmiştir.
	Motor hesapları, yakıtların yanma odasına çevre sıcaklığında girdiği kabul edilerek yapılırken, ısı geri kazanımı olması durumunda ısı aktarıcılarına depolanma sıcaklıklarında girdiği kabul edilmiş, ısı geri kazanımı ile yakıt tasarruf potansiyelleri ve yakıtın depolanma sıcaklığından çevre sıcaklığına ısıtılması için harcanması gereken yakıt miktarları ayrıca hesaplanmıştır. Her durumda yakıtın fiziksel ekserjisinden yararlanılmadığı kabul edilmiştir. Tüm sonuçlar, MATLAB yazılım ortamında geliştirilen özgün bir programdan elde edilmiştir.
	Hidrojen ekserji performansları, depolanma basınç ve sıcaklıklarına ve ısı geri kazanımı olup olmamasına göre değişmektedir. En iyi ekserjetik sürdürülebilirlik performansları genellikle düşük sıcaklık – düşük basınçta depolama ve ısı geri kazanımı ile elde edilmiştir. Tüm depolama sıcaklıkları için en yüksek ekserjetik sürdürülebilirlik endeksi % 43 – 52.7 yakıt tüketim oranı (=depolama oranı) aralığında, 0.05'ten daha az değişimle 1.02 şeklinde elde edilmiştir. Sonuç olarak, mevcut hidrojen depolama kapasitelerinin, 7 saatten uzun İHA görevleri için henüz yeterli olmadığı görüşüne varılmıştır.

Abstract:
In this thesis instant and overall exergetic sustainability indicators of a high altitude long endurance unmanned air vehicle, having a high by-pass turbofan engine fuelled with dodecene and hydrogen with 0 to 100 percent storages by weight either with or without heat recovery by the fuel from the exhaust gasses throughout its flight profile ranging from 0 to 16 km are investigated.
	Hydrogen is assumed to be stored at 20 K, 1 bar as a liquid or as a gas or in materials at 35 K and 25 bar, 50 bar 100 bar; 80 K and 50 bar, 100 bar, 200 bar; 125 K and 100 bar, 200 bar, 350 bar and at environment temperatures under 200 bar, 350 bar and 700 bar pressures. 
	Engine thermodynamic calculations are made by assuming the fuel to be entering the combustion chamber at environment temperatures while it is assumed to be entering the heat exchangers at storage temperatures in case of heat recovery. Fuel saving potentials with heat recovery and fuel use required for heating the fuel from storage temperatures to environment temperatures are calculated seperately. Use of physical exergy of the fuel is ignored in all cases. All the results are obtained from a special program developed by the author in MATLAB software.
	Hydrogen's exergetic performances vary according to storage pressures and temperatures and heat recovery. Best exergetic sustainability performances are obtained with low pressure – low temperature storages and heat recovery in general. Maximum overall exergetic sustainability index is obtained as 1.02 changing less than 0.05 throughout 43 to 52.7 % fuel depletion (=storage by weight) range for all storage temperatures which is much higher than the actual hydrogen storage capacities. It is concluded that actual hydrogen storage capacities are not suitable for UAV missions longer than 7 hours.