Organik rankine çevrimi için radyal dış akışlı türbin kanat profilinin türbin çıkış gücüne ve verimine etkisinin had analizi ile incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, Organik Rankine Çevriminde (ORC) kullanılan Radyal Dış Akışlı Türbin (RDT) tasarımı yapıldı ve kanat profillerinin türbin çıkış gücüne ve verimine etkisi Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizleri ile incelendi. Bu amaçla, iş akışkanı hekzan olan ve 110?, 2bar giriş şartları ve 93,15?, 0,86bar çıkış şartları için bir ORC sistemi üzerinde çalışıldı. Termodinamik çevrim analizi Cycle-Tempo v.5.1 ve RefProp v.8 programı ile yapıldı. 1-boyutlu akış varsayımları kullanılarak üç kademeli bir türbin tasarlandı. Ardından, tasarlanan türbinin 3-B katı modeli başlangıç geometrisi olarak oluşturuldu ve Ansys-CFX v.16 programında HAD analizleri yapıldı. HAD modeli, tekrar eden periyodik geometri ve sınır şartı kullanılarak kademeler boyunca bir kanat sırası alınarak oluşturuldu. Her bir analizde oluşan akış formu incelenerek, en yüksek türbin izentropik verimi için kanat profilleri optimize edildi. Kanat profili optimizasyonu, türbin çıkış gücü ve veriminin yanında tüm akış alanındaki hız, basınç ve entropi değerleri incelenerek yapıldı. Akış formunun kanat üzerindeki şekline göre ve entropi değerlerinin azaltılmasına yönelik kanat profilleri değiştirildi. Bu değişimlerle, başlangıç geometrisine göre türbin izentropik veriminde %2,3 artma ve entropide %13 düşme elde edildi. Bu durum başlangıç geometrisinin oldukça iyi olduğunu da göstermektedir. Kanat giriş ve çıkışındaki uç profillerinin entropi artışında ve dolayısıyla izentropik verimde etkin olduğu gözlendi

In this study, Radial Outflow Turbine (ROT) used in an Organic Rankine Cycle (ORC) has been designed and the effect of blade shapes on turbine output power and efficiency has been investigated with Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis. For this purpose, an ORC system at inlet conditions of 110°C, 2bar and outlet conditions of 93.15°C, 0.86 bar has been studied with hexane as the working fluid. Thermodynamic cycle analysis was performed with Cycle-Tempo v.5.1 and RefProp v.8 softwares. A three-stage turbine was designed by using 1-D flow assumptions. Then, 3-D solid model of the designed turbine has been drawn as an initial geometry, and CFD analysis was performed in Ansys-CFX v.16 software. The CFD model was constructed by using a repeating periodic geometry and boundary condition for one blade row along the stages. By examining the flow form in each analysis, the blade shapes were optimized for the highest turbine isentropic efficiency. The blade shape optimization was done for turbine output power and efficiency by examining the velocity, pressure and entropy values over the entire flow field. The blade shapes have been changed to reduce the entropy values. With these changes, turbine isentropic efficiency increased by 0.53% and entropy decreased by 13% compared to the initial geometry. This also indicates that the initial geometry is very good. It was observed that the blade tip profiles at the inlet and outlet affected the entropy increase and therefore the isentropic efficiency.