Bir otobüs moturunun atık enerjilerinden faydalanılarak farklı tip organik rankine çevrimleri yardımıyla ilave iş üretiminin termodinamik analizi
Thermodynamic analysis of additional of work production by using different types of organic rankine cycles by utilizing the waste energy of bus engine
Yazar: MUSTAFA CENK SARMAN
Danışman: PROF. DR. İLHAN TEKİN ÖZTÜRK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Atık ısı geri kazanımı araç motorları için yakıt ekonomisi ve sera gazı azaltma hedeflerine ulaşmak için umut verici bir teknoloji olarak kabul edilmiştir.Bu çalışmadatipik bir otobüs motorunun egzoz gazı ve ceket suyundan atık ısının geri kazanılması için organik rankine döngüsüne dayalı bir geri kazanım modeli çalışılmıştır.
İçten yanmalı motorların kullandığı enerji miktarı üreteceği iş miktarının 3 katıdır. Geriye kalan %60~65 enerji radyatör ve egzoz gazlarıyla atmosfere atılmaktadır. Bu tez kapsamında içten yanmalı bir otobüs motorunun atık enerjileri ile güç elde edebilmek için için 3 farklı organik rankine çevrim modeli oluşturulmuş ve 6 farklı akışkan kullanılarak en iyi sonuç aranmıştır. Literatür çalışmalarında organik akışkanın krtitik basınç değerinden daha düşük basınç aralığında çalışıldığı görülmüştür, litaratürde içten yanmalı motor + Organik Rankine çevrimlerinin kombine çalıştırılması durumu için verim iyileştirme aralığı yaklaşık %4-15 aralığındadır. Çalışmamızda organik çevrim akışkanların kritik üstü ve kritik altı durumlarındaki üretebileceği max güç ve gerekli debi miktarları hesaplanmıştır. Çalışılan 265 kW araç motoru için en yüksek organik Rankine çevrim verimi etonol akışkanın kullanıldığı durumde elde edilmiş olup 53 kW ilave güç üretilmiştir. Literatür çalışmalarındada ethanol akışkanı kullanılan Organik Rankine çevrim verimi %20-24 aralığında olup çalışmamızda kritik üstü basınçta çalışma durumu için ORC verimi %28 olarak elde edilmiştir. Teorik olarak yapılan bu çalışmada literatür sonuçlarından farklı olarak kombine motor+ORC performansında araç motor verimi %40'dan %48'yükselerek yaklaşık %20 iyileştirme sağlanmıştır.

Abstract:
Waste heat recovery has been recognized as a promising technology for vehicle engines to achieve fuel economy and greenhouse gas reduction goals. In this study, a recovery model based on the organic rankine cycle recover waste heat from exhaust gas and jacket water of a typical bus engine.
The amount of energy used by internal combustion engines is 3 times the amount of work to be produced. The remaining 60 ~ 65% energy is waste into the atmosphere with radiators and exhaust gases. Within the scope of this thesis, 3 different organic Rankine cycle models have been designed and 6 different fluids have been searched for the best results in order to obtain power with the waste energies of a bus engines (ICE). In literature studies, it has been observed that usally organic fluid is operated in a pressure range lower than crititic pressure value. The efficiency improvement  range of the internal combustion engine + organic Rankine Cycle (ORC) combined cycles is about 4-15%. 
In our study, the maximum power and required flow rates that organic Rankine cycle fluids are calculated for the above and below critical situations.
The highest ORC efficiency was obtained when using ethonol fluid and for the 265 kW vehicle engine power, an additional power of 53 kW was generated by ORC. In the literature studies, the ORC efficiency using ethanol fluid is in the range of 20-24% and in our study this efficiency has been obtained as 28% for the operation at supercritical pressure. In this theoretical study, in contrast to the literature results, the combined engine+ORC performance has been improved by approximately 20%. Therfor  vehicle engine efficiency increased from 40% to 48%.