Değişken faz açılı gama tipi bir Stirling motorunun tasarımı ve imalatı
Design and manufacturing of a gamma type Stirling engine with variable phase angle
Yazar: OKTAY KAYA
Danışman: PROF. DR. CAN ÇINAR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada gama tipi, değişken faz açılı bir Stirling motorunun tasarımı, termodinamik analizleri ve imalatı yapılmıştır. Soğuk uç birleştirmeli ve değişken faz açılı olarak tasarlanan gama tipi motorun yer değiştirme ve güç silindiri hacim değişimleri için kinematik ilişkiler elde edilmiştir. İzotermal ve nodal analiz metodu kullanılarak çalışma maddesi hava için, 750 K sıcak kaynak ve 300 K soğuk kaynak sıcaklıklarında, 70º-110º faz açısı aralığında, 1-3 bar şarj basıncında, basınç-hacim, net iş, termik verim ve güç değişimleri elde edilmiştir. Nodal analizde hesaplamalar  ve   olmak üzere iki farklı ısı taşınım katsayısı için elde edilmiştir. 3 bar şarj basıncı ve  ısı taşınım katsayısı için en yüksek çevrimlik iş 100º faz açısında 11,10 J olarak elde edilmiştir. Farklı çalışma maddesi kütleleri için yapılan hesaplamalarda da en yüksek çevrimlik iş, 1,3 g çalışma maddesi için, 100º faz açısında 12,74 J olarak elde edilmiştir. Termodinamik analiz sonrası motorun imalatı gerçekleştirilmiştir. Motorda güç silindiri bağlandığı yerde açısal olarak hareket edebilmekte olup, güç silindirinin açısı kaydırılarak yer değiştirme ve güç pistonları arasındaki faz farkı değiştirilebilmektedir. İmalat sonrası, farklı şarj basınçlarında hava ve helyum gazı ile motor test edilmiştir. Testler sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG) yakıtlı ısıtıcı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Helyum gazı ile yapılan testlerde 500 ºC sıcak uç sıcaklığında motorda dönme gerçekleşmiş olmakla birlikte performans testlerini gerçekleştirecek sürekli bir çalışma elde edilememiştir

Abstract:
In this study, design, thermodynamic analysis and manufacturing of a gamma type Stirling engine with variable phase angle were conducted. In the engine, power and displacer cylinders were connected from the cold-end and phase angle could be changed. Kinematic relations were obtained for the power and displacer cylinders' volume variations. Isothermal and nodal analyses were performed at 750 K hot end temperature, 300 K cold end temperature, 1-3 bar air charge pressures and between 70º and 110º phase angles. Calculations were conducted for  and  heat transfer coefficients and pressure-volume, cyclic work, thermal efficiency and power variations were obtained. In the nodal analysis, at 3 bars charge pressure and   heat transfer coefficient, maximum cyclic work was obtained as 11.10 J at 100º phase angle. In the calculations for different working gas masses, maximum cyclic work was obtained as 12.74 J at 1.3 gram working gas masses and 100º phase angle. After thermodynamic analysis, the engine was manufactured. In the engine, the power cylinder could be angularly movable and phase angle between the displacer and power piston is changed. After the manufacturing, the engine was tested using a liquefied gas burner at different charge pressures using air and helium as the working gas. In the tests, a rotation was obtained but a continuous operation was not achieved to carry out the performance tests at 500 ºC hot end temperature with helium gas.