Stırlıng motoru için borulu tip ısı değiştiricisi tasarımı ve cfd analizi
Desing of stirling engine engi?ne with tube heat exchanger and cfd analysis
Yazar: MURAT ÖNDER
Danışman: PROF. DR. H. GÜÇLÜ YAVUZCAN ; PROF. DR. H. SERDAR YÜCESU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Teknoloji Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Akış analizi = Flow analysis ; Akışkanlar dinamiği = Fluid dynamics ; Endüstriyel tasarım = Industrial design ; Isı geçişi = Heat transfer ; Ürün geliştirme = Product development

Özet:
Artan dünya nüfusu ve gelişen teknolojilerden dolayı enerji kullanımının sürekli artması nedeni ile giderek artan çevre problemleri meydana gelmektedir. Petrol kökenli yakıtların kullanımı bakımından dışa bağımlı olan Türkiye'de, içten yanmalı motorlara alternatif motorların geliştirilmesi, hem enerji hem de çevre kirliliği açısından olumlu sonuçlar ortaya koyacaktır. Bu alternatiflerden biri de Stirling motorları her türlü ısıl enerji kaynağını kullanarak mekanik iş üretebilir. Basit yapısı, içten yanmalı motorlara göre imalat kolaylığı, özellikle sabit tesislerde kullanılabilme imkânından dolayı üzerinde çalışılan makinalardır. Farklı tiplerde üretilme imkânı vardır. İçten yanmalı motorlarla karşılaştırıldığında, gürültü ve titreşim seviyesi daha düşüktür. Teorik ısıl verimi yüksektir ve daha az bakım gerektirir. Bu çalışmanın amacı, farklı enerji kaynaklarını kullanabilen borulu tip ısı değiştiricili Stirling motoru tasarlayarak üç boyutlu sayısal analizini yapmaktır. Literatürde verilen metotlarla silindir hacmi belirlenen motorun ısıtıcı, soğutucu ve rejeneratörün boyutlandırması ve dağılımı yapılmıştır. Maksimum ısıtma ve soğutma için motor tasarımı belirlenmiştir. Stirling motorunun üç boyutlu analizi FLUENT Sayısal akışkanlar dinamiği programı kullanılarak yapılmıştır. Model çizimi ve ağ oluşumunda GAMBIT ve DESIGN MODELLER paket programı kullanılarak, temel korunum denklemleri, 3 boyutlu ve türbülanslı akış şartlarında çözülmüştür. Sonuçta en uygun ısıtıcı, soğutucu ve rejeneratör tasarımı gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Environmental problems ensue because of the ever increasing demand for energy linked the increasing world population and developing technologies. In Turkey, which depending upon the foreign sources in terms of the use of oil-based fuels, developing alternative engines to internal combustion engines will yield positive results with regard to both energy and environmental pollution. Stirling engines can perform mechanical tasks using any kinds of thermal energy sources. These are machines that are worked on owing to their characteristics such as simple structure, ease of production compared to internal combustion engines, and the ability to use them in stationary units. These engines could be produced in a variety of types. Compared to internal combustion engines, the level of vibration and noise is lower. Theoretical thermal efficiency is high and requires less maintenance. The primary objective is to design Stirling engine with tube heat exchanger that can use different types of energy sources. Thermal and three dimensional flow simulation of Stirling engine is performed. Engine stroke volume determined using standard methods and dimensions of the heater, cooler and regenerator are determined. Design of engine is determined for maximum heater and cooler. Three dimensional flow simulation of the Stirling engine is performed using FLUENT computational fluid dynamics. In the numerical calculations, the basic conservation equations, three-dimensional (3-D) and turbulent flow conditions were solved using a CFD computer code, the FLUENT and by GAMBIT and DESINGMODELLER software in the model drawing and meshed. As a result fine design of heater, cooler a regenerator are found.