Bağımsız güç türbinli süperkritik kapalı bir çevrimin incelenmesi
Investigation of a supercritical closed cycle with independent power turbine
Yazar: VOLKAN CEYLAN
Danışman: PROF. DR. ARİF EMRE ÖZGÜR
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmada, termofiziksel özellikleriyle ön plana çıkan karbondioksit (CO2) ile çalışan bağımsız güç türbinli süperkritik kapalı Brayton çevriminin termodinamik analizi yapılmıştır. Bu amaçla, Brayton güç çevriminin temel prensiplerine dayalı olarak çevrime bağımsız bir güç türbini eklenmiş ve çevrim parametreleri incelenmiştir. Farklı çevrim parametrelerinde türbin giriş sıcaklık ve basıncı, kompresör basınç oranı, kompresör verimi, yüksek ve alçak (bağımsız) basınçlı türbin veriminin ve kompresör giriş sıcaklıklarının çevrimin enerji-ekserji verimine ve çevrim net gücüne etkileri incelenmiştir. Bununla birlikte çevrimdeki alçak basınçlı (bağımsız) türbinin çevrim üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Çevrimin analizi Engineering Equation Solver (EES) adlı bilgisayar programından faydalanılarak çevrimin termodinamik hesaplamaları yapılmıştır. Çevrim parametreleri incelendiğinde sabit türbin giriş sıcaklığında türbin giriş basıncı arttırıldığında çevrimin enerji-ekserji verimi ve çevrimin net gücü arttığı tespit edilmiştir. Sabit türbin giriş basıncında türbin giriş sıcaklığı arttırıldığında ise enerji-ekserji verimi azalırken çevrimin net gücü arttığı tespit edilmiştir. Sabit türbin giriş sıcaklığında kompresör verimi arttırıldığında enerji-ekserji verimi ve çevrimin net gücü arttığı tespit edilmiştir. Türbin parametreleri incelendiğinde alçak basınçlı (bağımsız) türbinin çevrim verimine doğrudan %2.64 etki ettiği tespit edilmiştir. Çevrim parametrelerinde maksimum enerji verimi %20.07, ekserji verimi %39.22 ve çevrim net gücü 306.4 kW olarak hesaplanmıştır. Güç çevrimlerinde, CO2 türbinlerinin kullanımının sağladığı faydalar ve alçak basınçlı (bağımsız) türbinin çevrime etkileri değerlendirilmiştir. CO2 türbinleri ile ilgili elde edilebilecek kazanımlar tartışılmıştır. Bağımsız güç türbini özelinde, süperkritik CO2 çevrimlerinin performansını inceleyen bir çalışma literatürde mevcut değildir.

Abstract:
In this study, thermodynamic analysis of the supercritical closed Brayton cycle with independent power turbine operating with carbon dioxide (CO2), which stands out with its thermophysical properties, was performed. For this purpose, an independent power turbine was added to the cycle based on the basic principles of the Brayton power cycle and the cycle parameters were examined. The effects of turbine inlet temperature and pressure, compressor pressure ratio, compressor efficiency, high and low (independent) pressure turbine efficiency and compressor inlet temperatures on the energy-exergy efficiency of the cycle and the cycle net power were examined in different cycle parameters. In addition, the effects of the low-pressure (independent) turbine in the cycle on the cycle were evaluated. The cycle analysis was performed using the computer program called Engineering Equation Solver (EES). When the cycle parameters were examined, it was determined that when the turbine inlet pressure was increased at a constant turbine inlet temperature, the energy-exergy efficiency of the cycle and the net power of the cycle increased. It was determined that when the turbine inlet temperature was increased at a constant turbine inlet pressure, the energy-exergy efficiency decreased while the net power of the cycle increased. It has been found that when compressor efficiency is increased at constant turbine inlet temperature, energy-exergy efficiency and cycle net power increase. When turbine parameters are examined, it is found that low-pressure (independent) turbine has a direct effect on cycle efficiency by 2.64%. In cycle parameters, maximum energy efficiency is calculated as 20.07%, exergy efficiency is 39.22% and cycle net power is 306.4 kW. In power cycles, the benefits of using CO2 turbines and the effects of low-pressure (independent) turbine on the cycle are evaluated. The gains that can be obtained with CO2 turbines are discussed. There is no study in the literature examining the performance of supercritical CO2 cycles specifically for independent power turbines.