Organik Rankine Çevrimi Radyal Türbin Performansı: Meanline Analizi ve Tasarım Parametrelerinin Etkisi

Abstract

Bu çalışmada, Organik Rankine Çevrimi sistemlerinde mekanik iş üretmek için kullanılan radyal türbinlerin performansının tahmin edilmesi amaçlanmaktadır. Performans tahmini ve türbin tasarımında kullanılan türbin geometrisi, akışkan özellikleri, akışkanın giriş ve çıkış koşulları gibi parametrelerin performansa olan etkisini meanline analizi yöntemi kullanılarak ortaya koyulmuştur. Bu çalışma, radyal türbinlerin performansını optimize etmek için tasarım parametrelerinin nasıl ayarlanabileceğini ve en iyi verimlilik seviyesine ulaşmak için hangi faktörlerin dikkate alınması gerektiğini belirlenmiştir. Yapılan analizler sonucunda, türbin giriş sıcaklığının artması, türbin gücünü ve toplam kayıpları artırırken türbin verimi üzerinde ise etkisi düşük olduğu gözlemlenmiştir. Türbininin giriş sıcaklığı 373 K'den 453 K'ye yükseltildiğinde, türbin gücü yaklaşık %21 artmıştır. Bununla birlikte türbin giriş basıncının artması, türbin gücünü azaltmakta ve toplam kayıpları artırmaktadır ancak türbin verimi 900 kPa'a kadar artarken, daha yüksek basınçlarda verimin azaldığı görülmüştür. Türbin giriş basıncı 600 kPa'dan 1200 kPa'ya yükseltildiğinde, türbin gücü yaklaşık %0.013 oranında azalmıştır öte yandan toplam kayıplar yaklaşık %2.645 oranında artırmıştır. Türbinlerinin devir sayısının, güç üretimini artırmanın bir yolu olmakla birlikte toplam kayıpları da artışa sebep olduğundan verimi azaltmaktadır. Çalışmada türbininin devir sayısı 40000'den 120000'e yükseltildiğinde, türbin gücü yaklaşık %0.068 oranında artmıştır. Ancak, toplam kayıpları da yaklaşık %2.645 oranında artırmıştır. Türbinlerinin genişleme oranının artmasıyla güç üretimini ve verimliliği artmaktadır. Türbininin genişleme oranı 3'ten 11'e yükseltildiğinde, türbin gücü yaklaşık %84.95 oranında artmıştır bunun yanı sıra toplam kayıplar yaklaşık %2.42 oranında azaltmıştır.