Stirling motoru hacim optimizasyonu ve kontrolü
Volume optimization and control of stirling engine
Yazar: MAHMUT AZANPA
Danışman: PROF. DR. AHMET KOYUN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yaklaşık yarım yüzyıldır küresel ısınma insanoğlunun gündemini meşgul etmektedir. Artan ortalama sıcaklıklar sonucu dünya genelinde oluşan iklim değişiklileri nedeniyle pek çok yerde artan kıtlık ve kuraklık görülmekte deniz seviyeleri yükselmektedir.
Küresel ısınmanın nedeni olarak insanların ürettikleri sera gazları gösterilmektedir. Enerji üretim tesisleri ve genel olarak ulaşım ve nakliye araçlarında kullanılan fosil yakıtlar, sera gazları üretiminden önemli ölçüde pay sahibidir. Küresel ısınma tehdidinin sonuçlarını hafifletmek ve sürdürülebilirliğin devam ettirilebilmesi için 20. yüzyılın son çeyreğinden itibaren yenilenebilir enerji ve enerji verimliliği üzerindeki çalışmalar artmıştır. Çalışmamız amacı, yenilebilir enerji sistemlerinde ve klasik fosil yakıtlı araçların yerine kullanılabilirliği bulunan, yüksek enerji verimliliği potansiyeline sahip, Stirling çevrimiyle çalışan bir motorunun optimizasyonu ve kontrolünün yapılmasıdır.
Stirling motorunun analizi için, verilen parametrelere bağlı olarak literatürde bulunan 2 farklı temel simülasyon tekniğiyle benzetimi yapılmış ve kıyaslanmıştır. Ayrıca literatürde bulunan bir yöntem ve kendi önerdiğimiz bir metot ile motorun hacimleri optimize edilerek alınan iş arttırılmış ve değerlendirilmiştir. Motorun model ve kontrol teorisiyle hız kontrolü konusunda literatürdeki çalışmalar yetersiz olduğundan, motorun kontrolü amacıyla literatürdeki motor modelinin üzerine bir kontrolcü Lyapunov teorisi ile geliştirilmiştir. 
Çalışmamız sonunda benzetim tabanlı olarak motordan alınan iş miktarı, benzer koşullarda çalışan optimizasyonsuz motora göre önemli ölçüde arttırılmıştır. Ayrıca kontrol tarafında yine simülasyon bazında başarıyla istenen hız referansının kontrolü elde edilebilmiştir. Fakat bu çalışmaların gerçek sistemler üzerindeki etkisinin daha güvenilir şekilde incelenmesi adına daha detaylı simülasyonlar yapılmalı ve nihai olarak sistemlerin gerçeklemesi gerekmektedir.

Abstract:
For nearly half a century, global warming has occupied the agenda of human beings. Due to climate changes around the world as a result of rising average temperatures, scarcity and droughts are increasing in many places and sea levels are rising.
The cause of global warming is the greenhouse gases produced by humans. Fossil fuels used in power plants and transportation vehicles have a significant share in the production of greenhouse gases.
In order to alleviate the consequences of the threat of global warming and to maintain sustainability, studies on renewable energy and energy efficiency have increased since the last quarter of the 20th century. The aim of this study is to optimize and control a Stirling cycle engine with high energy efficiency potential, which can be used in renewable energy systems and conventional fossil fuel vehicles.
For the analysis of Stirling engine, two different basic simulation techniques in the literature were simulated and compared based on the given parameters. In addition, we studied a method found in the literature and a method proposed by us for optimizing Stirling engine volumes. As a result of the volume optimization, net-work output has been investigated. Since the studies in the literature on model and control theory and speed control of the engine are insufficient, a controller was developed with Lyapunov theory for speed control purpose.
At the end of our study, the amount of work taken from the engine based on simulation was significantly increased compared to the non-optimized engine operating under similar conditions. In addition, control of the desired speed reference was successfully achieved on the control side. However, in order to more reliably examine the impact of these studies on real systems, more detailed simulations should be performed and real systems must be developed.