Bir turbo jet motorunun ekserji, ileri ekserji, eksergoekonomik ve ileri eksergoekonomik analizleri
Exergy, advanced exergy, exergoeconomic and advanced exergoeconomic analyses of a turbo jet engine
Yazar: BURAK YÜKSEL
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN GÜNERHAN ; PROF. DR. ARİF HEPBAŞLI
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Enerji = Energy ; Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Kullanılabilir enerji = Available energy ; Mekanik enerji = Mechanical energy ; Termal enerji = Thermal energy

Özet:
Bu tez çalışması ile uçaklarda kullanılanbir gaz türbini turbo jet motorunun performansı, enerji, ekserji, ileri ekserji, eksergoekonomik ve ileri eksergoekonomik analiz yöntemleri ile deneysel olarak değerlendirilmiştir. Tez çalışması kapsamında ilk olarak, turbo jet motoru her bir bileşeni için önlenebilir/önlenemez ekserji yıkımları, iç kaynaklı/dış kaynaklı ekserji yıkımları ve ekserji verimliliği hesaplanmıştır. Motorun ard yanmasız (Military-MIL) çalışma modunda ekserji verimi % 30,85 olurken ard yanmalı (Afterburner-AB) çalışma modunda ekserji verimi % 16,98 belirlenmiştir. Sistemin ekserji iyileştirme potansiyeli (ExIP) dikkate alındığında ise MIL çalışma modunda ekserji verimi % 59,12 elde edilirken AB çalışma modunda ekserji verimi ise % 54,64 hesaplanmıştır. İkinci aşamada ise sistemi oluşturan her bir bileşen için ekserji maliyet akım değerleri tespit edilerek ilgili ekonomik bağıntılar çözülmüştür. Ekserji yıkım maliyet akımıen fazla yanma odası (Combustion Chamber-CC) ve ard yanma odası egzoz kanalı (Afterburner Exhaust Duct-ABED) bileşenlerinde sırasıyla 338,49 $/h ve 1359,67 $/h değerleriyle tespit edilmiştir. Ekserji yıkımı akımları büyük bir kısmının, önlenemez olduğu tespit edilmiş olup turbo jet motorun MIL ve AB çalışma modları için sırasıyla 8458,81 kW ve 25051,59 kW olarak belirlenmiştir. Bununla birlikte sistem bileşenlerinin çoğunda ekserji yıkımlarının iç kaynaklı ve bileşenlerin kendi çalışma koşullarından kaynaklandığı belirlenmiş olup CC ve ABED bileşenlerinde meydana gelen iç kaynaklı ekserji yıkımı akımları sırasıyla 6835,25 kW ve 16399,32 kW olarak tespit edilmiştir.
Sonuç olarak, MIL çalışma modunun AB çalışma moduna göre hem maliyet etkin hem de verimli olduğu gerçekleştirilen analizler ile tespit edilmiştir. Gaz türbini üretim teknolojisinin son yıllarda malzeme ve üretim yöntemleri açısından gelişmesiyle birlikte, 3 boyutlu baskı üretim yöntemi ile yekpare üretilecek olan gaz türbin motorlarının ekserji yıkımları azaltılarak daha çevre dostu, verimli ve maliyet etkin çalışabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
With this doctoral dissertation, the performance of a gas turbine turbo jet engine used in military aircraftwas evaluated experimentally with energy, exergy, advanced exergy, exergoeconomic and advanced exergoeconomic analyses. Within the scope of the thesis, firstly, avoidable/unavoidable exergy destruction, endogenous/exogenous exergy destruction and exergy efficiency were calculated for each equipment of the turbo jet engine. The exergy efficiency of the engine was 30.85% at the Military (MIL) operation mode, while the exergy efficiency was 16.98% at the Afterburner (AB) operation mode. Considering the exergy improvement potential (ExIP) of the system, the improved exergy efficiency was achieved 59.12% at MIL operating mode, while the improved exergy efficiency was calculated as 54.64% at AB operating mode. In the second stage, exergy flow cost values were determined for each component of the systemby solving the related economic equations. Exergy destruction cost rates were determined the most in Combustion Chamber (CC) and Afterburner Exhaust Duct (ABED)components with values of 338.49 $/h and 1359.67 $/h, respectively. It was determined that the majority of exergy destruction rates were found to be unavoidable with the values of 8458.81 kW and 25051.59 kW for the MIL and AB operating modes, respectively. In addition, exergy destructions in most of the system components were determined to be internally sourced and due to the own working conditions of the components. The internally sourced exergy destruction rates in CC and ABED components were determined as 6835.25 kW and 16399.32 kW, respectively.
As a result, it has been determined by the analyses that the MIL operating mode is both cost effective and efficient compared to the AB operating mode. With the development of gas turbine production technology in terms of materials and production methods in recent years, it is thought that gas turbine engines, which will be produced monolithically with 3D printing production method, can operate more environmental friendly, efficient and cost effective by mitigating exergy destructions.