Rejeneratör Etkinliğinin Stirling Motorunun Isıl Verimine Etkisi



Benzer belgeler
BĐSĐKLET FREN SĐSTEMĐNDE KABLO BAĞLANTI AÇISININ MEKANĐK VERĐME ETKĐSĐNĐN ĐNCELENMESĐ

II. Bölüm HİDROLİK SİSTEMLERİN TANITIMI

Araştırma Notu 15/177

JET MOTORLARININ YARI-DĐNAMĐK BENZETĐŞĐMĐ ve UÇUŞ ŞARTLARINA UYGULANMASI

SÜREÇ YÖNETİMİ VE SÜREÇ İYİLEŞTİRME H.Ömer Gülseren > ogulseren@gmail.com

İÇİNDEKİLER. 1 Projenin Amacı Giriş Yöntem Sonuçlar ve Tartışma Kaynakça... 7

WCDMA HABERLEŞMESİNDE PASİF DAĞITILMIŞ ANTEN SİSTEMLERİ KULLANILARAK BİNA İÇİ HÜCRE PLANLAMA. Ferhat Yumuşak 1, Aktül Kavas 1, Betül Altınok 2

SEYAHAT PERFORMANSI MENZİL

TURBOCHARGER REZONATÖRÜ TASARIMINDA SES İLETİM KAYBININ NÜMERİK VE DENEYSEL İNCELENMESİ

1 OCAK 31 ARALIK 2009 ARASI ODAMIZ FUAR TEŞVİKLERİNİN ANALİZİ

VAKIF MENKUL KIYMET YATIRIM ORTAKLIĞI A.Ş. (ESKİ UNVANI İLE VAKIF B TİPİ MENKUL KIYMETLER YATIRIM ORTAKLIĞI A.Ş. )

DENEY 2. Şekil 1. Çalışma bölümünün şematik olarak görünümü

DD25B. VOLVO ÇİFT TAMBURLU SİLİNDİRLER 2.6 t 18.5 kw

Temiz Enerji Kaynaklar Uygulamalar. Pamukkale Üniversitesi Temiz Enerji Evi Örne i

AYDINLATMA DEVRELERİNDE KOMPANZASYON

STIRLING ÇEVRİMİ İLE ÇALIŞAN BETA TİPİ BİR MOTORUN İMALİ VE PERFORMANS TESTLERİ

Makine Elemanları I Prof. Dr. İrfan KAYMAZ. Temel bilgiler-flipped Classroom Bağlama Elemanları

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü-Fizik Bölümü

DENEY 5 SOĞUTMA KULESİ PERFORMANSININ BELİRLENMESİ

PROJE ADI DOĞAL ÇEVRECĠ SEBZE-MEYVE KURUTMA SĠSTEMĠ. PROJE EKĠBĠ Süleyman SÖNMEZ Ercan AKÇAY Serkan DOĞAN. PROJE DANIġMANLARI

ÖZEL İLETİŞİM VERGİSİ GENEL TEBLİĞİ (SERİ NO: 14) BİRİNCİ BÖLÜM

Yapı Kabuğunda Isı Kayıplarının Azaltılması ve Bir İyileştirme Projesi Örneği

ELEKTRİK PİYASALARI 2015 YILI VERİLERİ PİYASA OPERASYONLARI DİREKTÖRLÜĞÜ

1 OCAK - 31 ARALIK 2015 HESAP DÖNEMİNE AİT PERFORMANS SUNUŞ RAPORU (Tüm tutarlar, aksi belirtilmedikçe Türk Lirası ( TL ) cinsinden ifade edilmiştir.

ÖZEL İLETİŞİM VERGİSİ GENEL TEBLİĞİ (SERİ NO: 14) BİRİNCİ BÖLÜM Amaç, Kapsam ve Dayanak

Olasılık ve İstatistik Dersinin Öğretiminde Deney ve Simülasyon

MAK 4026 SES ve GÜRÜLTÜ KONTROLÜ. 6. Hafta Oda Akustiği

Deprem Yönetmeliklerindeki Burulma Düzensizliği Koşulları

PROJE. Proje faaliyetlerinin teknik olarak uygulanması, Sanayi Genel Müdürlüğü Sanayi Politikaları Daire Başkanlığınca yürütülmüştür.

İSTANBUL TİCARET ÜNİVERSİTESİ BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ BİLGİSAYAR SİSTEMLERİ LABORATUARI YÜZEY DOLDURMA TEKNİKLERİ

ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ (YAŞLANDIRMA) DENEYİ

Binalarda Enerji Verimliliği ve AB Ülkelerinde Yapılan Yeni Çalışmalar

AB Mevzuatının Uygulanmasına Yönelik Teknik Desteğin Müzakere Edilmesi

LABORATUVARIN DÖNER SERMAYE EK ÖDEME SİSTEMİNE ETKİSİ. Prof. Dr. Mehmet Tarakçıoğlu Gaziantep Üniversitesi

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MEKATRONİK LABORATUVARI 1. BASINÇ, AKIŞ ve SEVİYE KONTROL DENEYLERİ

5. ÜNİTE KUMANDA DEVRE ŞEMALARI ÇİZİMİ

01 OCAK 2015 ELEKTRİK AKIMI VE LAMBA PARLAKLIĞI SALİH MERT İLİ DENİZLİ ANADOLU LİSESİ 10/A 436

Doç. Dr. Eyüp DEBİK

Elektrik Makinaları I. Senkron Makinalar Stator Sargılarının oluşturduğu Alternatif Alan ve Döner Alan, Sargıda Endüklenen Hareket Gerilimi

GAZİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK-MİMARLIK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİGİ BÖLÜMÜ KM 482 KİMYA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI III. DENEY 1b.

BİLGİSAYAR PROGRAMLARI YARDIMIYLA ŞEV DURAYLILIK ANALİZLERİ * Software Aided Slope Stability Analysis*

Taş, Yaman ve Kayran. Altan KAYRAN. ÖZET

İnşaat Firmalarının Maliyet ve Süre Belirleme Yöntemleri Üzerine Bir Alan Çalışması

ÖLÇÜ TRANSFORMATÖRLERİNİN KALİBRASYONU VE DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR

HAYALi ihracatln BOYUTLARI

M. Selçuk ERCAN. Bina Yönetim Sistemleri Alarko-Carrier A.Ş.

KAPLAMA TEKNİKLERİ DERS NOTLARI

SİRKÜLASYON POMPALARINDA HİDROLİK VE ELEKTRİKSEL TASARIMIN ENTEGRASYONU. Cem AYBAR ARAŞTIRMA / İNCELEME ISITMA HAVA KOŞULLANDIRMA HAVALANDIRMA

ÇALIŞMA AKIŞKANI OLARAK R-134a VE R-404a KULLANILAN ÇİFT FAZLI GÜNEŞ ENERJİLİ SICAK SU ÜRETME SİSTEMİNİN TASARIMI VE DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ

ÇUKUROVA'DA OKALİPTÜS YETİŞTİRİCİLİĞİ VE İDARE SÜRELERİNİN HESAPLANMASI

ELEKTRİK ÜRETİM SANTRALLERİNDE KAPASİTE ARTIRIMI VE LİSANS TADİLİ

MARMARA ÜNĠVERSĠTESĠ YABANCI DĠL VE TÜRKÇE HAZIRLIK SINIFLARI EĞĠTĠM-ÖĞRETĠM ve SINAV YÖNERGESĠ Senato: 13 Ekim 2009 /

GÜMRÜK ETKİNLİKLERİ BİLGİ ŞÖLENİ

MAKİNE VE MOTOR DERS NOTLARI 9.HAFTA

Din Kültürü ve Ahlak Bilgisi Öğretmeni Türk Dili ve Edebiyatı Öğretmeni Çocuk Gelişimi ve Eğitimi Öğretmeni

MADENCĠLĠK SEKTÖRÜNDE SU KĠRLĠLĠĞĠ KONTROLÜ YÖNETMELĠĞĠ UYGULAMALARI

Bölüm 11. Yönetim Stratejilerinin Uygulanmasında Kullanılan Teknikler İŞLETME BİRLEŞMELERİ. (Mergers)

SORU 6: Su yapılarının tasarımında katı madde hareketinin (aşınma, oyulma, yığılma vb. olayları) incelenmesi neden önemlidir, açıklayınız (4 puan).

SICAKLIK VE ENTALP KONTROLLÜ SERBEST SO UTMA UYGULAMALARININ KAR ILA TIRILMASI

ARAŞTIRMA RAPORU. Rapor No: XX.XX.XX. : Prof. Dr. Rıza Gürbüz Tel: e-posta: gurbuz@metu.edu.tr

.eu 316/316 L LDX

Şekil 5.12 Eski beton yüzeydeki kırıntıların su jetiyle uzaklaştırılması

YÜKSEKÖĞRETİM KURUMLARI ENGELLİLER DANIŞMA VE KOORDİNASYON YÖNETMELİĞİ (1) BİRİNCİ BÖLÜM. Amaç, Kapsam, Dayanak ve Tanımlar

Makine Elemanları II Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Helisel Dişli Çarklar-Flipped Classroom DİŞLİ ÇARKLAR

Saplama ark kaynağı (Stud welding) yöntemi 1920'li yıllardan beri bilinmesine rağmen, özellikle son yıllarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

SERMAYE PİYASASI KURULU İKİNCİ BAŞKANI SAYIN DOÇ. DR. TURAN EROL UN. GYODER ZİRVESİ nde YAPTIĞI KONUŞMA METNİ 26 NİSAN 2007 İSTANBUL

BİR KOJENERASYON TESİSİSİN İLERİ EKSERGOÇEVRESEL ANALİZİ

Fan Coil Cihazları Tesisat Bağlantıları

F İ R M a. Herşey Bir Kaynaktan. Düz profillerin ve baraların işlenmesinde uzman

STYROPOR ĐÇEREN ÇĐMENTO VE ALÇI BAĞLAYICILI MALZEMELERĐN ISIL VE MEKANĐK ÖZELLĐKLERĐ*

FOTOGRAMETRİK DEĞERLENDİRME - ÇİFT FOT. DEĞ. Analog ve Analitik Stereodeğerlendirme. Yrd. Doç. Dr. Aycan M. MARANGOZ

NOVACRETE Kİ MYASALİNİN ZEMİ N O ZELLİ KLERİ NE ETKİ Sİ Nİ N ARAŞTİRİLMASİNA İ Lİ ŞKİ N LABORATUVAR DENEYLERİ RAPORU

ANKARA EMEKLİLİK A.Ş GELİR AMAÇLI ULUSLARARASI BORÇLANMA ARAÇLARI EMEKLİLİK YATIRIM FONU ÜÇÜNCÜ 3 AYLIK RAPOR

FOTOVOLTA K GÜÇ DESTEKL M KRO SULAMA S STEM

İngilizce Öğretmenlerinin Bilgisayar Beceri, Kullanım ve Pedagojik İçerik Bilgi Özdeğerlendirmeleri: e-inset NET. Betül Arap 1 Fidel Çakmak 2

Sıva altı montaj için Symaro sensörleri yenilikçi ve enerji verimli

YAZILI YEREL BASININ ÇEVRE KİRLİLİĞİNE TEPKİSİ

HAM PUAN: Üniversite Sınavlarına giren adayların sadece netler üzerinden hesaplanan puanlarına hem puan denir.

EKONOMİK GELİŞMELER Eylül 2012

-Bursa nın ciroları itibariyle büyük firmalarını belirlemek amacıyla düzenlenen bu çalışma onikinci kez gerçekleştirilmiştir.

BÖLÜM 3 FREKANS DAĞILIMLARI VE FREKANS TABLOLARININ HAZIRLANMASI

SAYDAM YAPI ELEMANLARININ BİNA ENERJİ PERFORMANSINA ETKİSİ

Söke İlçesinde Pnömatik Ekim Makinaları Talep Projeksiyonunun Belirlenmesi*

TÜBİTAK ÜNİVERSİTE ÖĞRENCİLERİ YURT İÇİ / YURT DIŞI ARAŞTIRMA PROJELERİ DESTEKLEME PROGRAMI ILIK SAC ŞEKİLLENDİRME PROSESİ İÇİN

ANALOG LABORATUARI İÇİN BAZI GEREKLİ BİLGİLER

INSURAL* ATL ALUMİNYUM VE ÇİNKO İÇİN YALITKAN POTA ASTARLARI. Kolay astarlama. Yüksek enerji tasarrufu. Yüksek mekanik mukavemet

Sinterleme. İstenilen mikroyapı özelliklerine sahip ürün eldesi için yaş ürünler fırında bir ısıl işleme tabi tutulurlar bu prosese sinterleme denir.

1 OCAK - 30 HAZİRAN 2015 HESAP DÖNEMİNE AİT YATIRIM PERFORMANSI KONUSUNDA KAMUYA AÇIKLANAN BİLGİLERE İLİŞKİN RAPOR

DÜNYA EKONOMİK FORUMU KÜRESEL CİNSİYET AYRIMI RAPORU, Hazırlayanlar. Ricardo Hausmann, Harvard Üniversitesi


KİTAP İNCELEMESİ. Matematiksel Kavram Yanılgıları ve Çözüm Önerileri. Tamer KUTLUCA 1. Editörler. Mehmet Fatih ÖZMANTAR Erhan BİNGÖLBALİ Hatice AKKOÇ

AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ

Av. Oğuzhan SONGÖR Emekli Hakim Rekabet Kurulu Eski İkinci Başkanı Başkent-Ufuk-Atılım Üniversiteleri Hukuk Fakültesi Öğretim Görevlisi

Akaryakıt Fiyatları Basın Açıklaması

Başbakanlık (Hazine Müsteşarlığı) tan:

Betonarme ve Prefabrik Yapılarda Risk Değerlendirmesi

Daha fazla seçenek için daha iyi motorlar

Akışkanlar Mekaniği. Dr. Osman TURAN. Makine ve İmalat Mühendisliği.

MEVCUT OTOMATĐK KONTROL SĐSTEMLERĐNĐN BĐNA OTOMASYON SĐSTEMĐ ĐLE REVĐZYONU VE ENERJĐ TASARRUFU


Transkript:

aşıt eknolojileri Elektronik Dergisi (AED) Cilt, No:, 5-34 Eletroni Journal of Vehile ehnologies (EJV) vol:, No:, 5-34 EKNOLOJİK ARAŞIRMALAR www.teknolojikarastirmalar.om e-issn: 309-405X Makale (Artile) Yaşar Önder ÖZGÖREN Afyon Koatepe Üniversitesi, eknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü, Afyonkarahisar-ÜRKİYE yasarozgoren@aku.edu.tr Özet. GİRİŞ Bu çalışmanın amaı rejeneratör etkinliğinin Stirling motorlarının ısıl verimine olan etkilerini araştırmaktır. Araştırmada, Walker in (980) çalışmaları esas alınarak, verim eşitliklerinin matematiksel hesaplamaları kullanılarak Stirling motorunda rejeneratör etkinliğinin analizi yapılmıştır. Rejeneratör etkinliğinin etkileri Fortran bilgisayar programı ile belirlenmiş ve sonuçlar grafik şeklinde sunulmuştur. Rejeneratör etkinliğini artırmak amaıyla Beta tipi bir Stirling motorda yer değiştirme pistonu rejeneratör zirkonya (zirkonyum oksit ZrO) ile kaplanmış ve kaplamanın etkileri performans testleri ile belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Stirling motoru, rejeneratör etkinliği, ısıl verim. he Effet Of Regenerator Effetiveness On he hermal Effiieny Of A Stirling Engine Abstrat he purpose of this study was to determine the effet of regenerator effetiveness on the effiieny of a Stirling engine. he following treatment was ontributed by Walker (980). he regenerator effetiveness of a Stirling engine was analyzed by using mathematial alulations based on effiieny formulas. he effet of regenerator effetiveness was determined with the Fortran omputer program and the results have presented in the form of graphis. Displaer was oated by zironia (ZrO) whih is thermal barrier material in beta type Stirling engine. he effet of thermal barrier oating was determined by performane tests. Keywords : Stirling engine, Regenerator effetiveness, hermal effiieny. Basit Stirling çevrimine bir rejeneratör eklenmesi durumunda; rejeneratör, sabit haim durum değişimi sırasında dışarı atılan ısının tamamını depo ederek, sabit haimde ısı verme işleminde sisteme geri verir. Böylee sabit haimde sisteme dışarıdan ısı verilmemiş, bu ısı atılması söz konusu olan ısıyla karşılanmış olur. eorik olarak, rejeneratör etkinliğinin Stirling motorlarının ısıl verimine önemli etkisinin olduğu, rejeneratör etkinliğinin %00 olduğu durumda ısıl verimin ideal Carnot çevrim verimine eşit olaağı bilinmektedir. Isı kayıplarından kaynaklanan sebeplerden dolayı rejeneratör etkinliği hiçbir zaman %00 değerine erişememektedir. Rejeneratörün etkinliğini ısıl kayıpların azalmasına bağlı olarak artırmak mümkün olabilmektedir. Kaushik ve Kumar (00), Erison ve Stirling çevrimleri için sonlu elemanlar yöntemini kullanarak ısıl verim ve çıkış güünü artırmak amaıyla bir optimizasyon çalışması yapmıştır. Gerçekleştirilen optimizasyon işleminde, iki çevrim için de sıak ve soğuk kaynakların ısı kapasitesi, rejeneratörde oluşan Bu makaleye atıf yapmak için Özgören Y.Ö.,, aşıt eknolojileri Elektronik Dergisi 00, () 5-34 How to ite this artile Özgören Y.Ö., he Effet Of Regenerator Effetiveness On he hermal Effiieny Of A Stirling Engine, Eletroni Journal of Vehile ehnologies, 00, () 5-34

eknolojik Araştırmalar: AED 00 () 5-34 ısı kayıpları ve idarlardan dışarıya olan ısı kaçakları dikkate alınmıştır. Rejeneratördeki ısı kayıplarından dolayı rejeneratör etkinliğinin hiçbir zaman %00 değerine erişemeyeeği belirtilmiştir []. Watanabe ve arkadaşları (999) çalışmalarında stirling motoru ısıl veriminin rejeneratördeki ısı kayıplarına bağımlılığını araştırmışlardır. Rejeneratör etkinliği yükseldiğinde rejeneratörde yeniden kazanılan ısı değerinin arttığı ve akışkanın Reynolds Sayısının artmasıyla yeniden kazanılan ısı değerinde düşme olduğu belirtilmiştir []. Reynolds sayısını artıran değerler akışkanın yoğunluğu, akışkanın geçtiği kesit alanı ve akışkanın hızıdır. Bu değerlerin artışı rejeneratör etkinliğini azaltmaktadır. Costeau (999), ısı kayıpları ve basınç kayıplarının güneş enerjisi ile çalışan Stirling motorunun performansına olan etkilerini araştırmışlardır. Bu çalışmada hem iç hem de dış bölge için tersinmezlik modelleri geliştirilmiştir. Motorda uygulanabileek optimum sıaklık değerleri kullanılarak gerçek çevrim veriminin ideal çevrim veriminin anak yarısına kadar ulaştığı belirtilmiştir [3]. Gerçek çevrim verimindeki düşüklüğün ana sebepleri ısıl, mekanik, basınç ve sürtünme kayıplarıdır. Bu kayıpların içerisinde en etkili olanı ısıl kayıplardır. Gu, Sato ve Feng (00), stirling motorunda çalışma maddesi olarak komposit malzeme olan sülfür heksaflorürün (SF 6 ) ısıl verime etkilerini araştırmıştır. Kompozit çalışma akışkanının kullanılmasıyla stirling motorunda daha verimli bir çalışmanın olabileeği, ayrıa rejeneratör etkinliğinin de artaağı belirtilmiştir [4]. Komposit çalışma akışkanlarında viskozite ve yoğunluk değerlerini değiştirmek mümkündür. Bu sayede yoğunluk ve viskozite değerleri azaltılabilmektedir. Walker (980), yapmış olduğu çalışmada rejeneratör etkinliğinin ısıl verime etkilerini araştırmıştır [5]. Bu çalışma ile rejeneratör etkinliğini artıraak değerler araştırılmıştır. Rejeneratörde ısı iletim şartlarının iyileştirilmesi ve ısıl kapasitenin artırılması ile etkinlik artmıştır. Anak rejeneratör boyutlarının çok artması durumunda haim ve akış kayıplarının artması sonuunda rejeneratör veriminde azalışa işaret edilmiştir. Senft (998), yapmış olduğu çalışmada stirling motorunda iç ısıl kayıpların ve mekanik kayıpların ideal çalışma şartlarını nasıl etkilediğini araştırmış, bu amaçla bir de analitik yöntem geliştirmiştir [6]. Bu çalışmada ısıl kayıpların ideal çalışma koşullarını etkileyen en önemli unsurlardan birisi olduğu belirtilmiştir. Daha öne yapılan çalışmalar sonuunda Stirling motorunda oluşan ısıl kayıpların motorun güç ve performansını önemli ölçüde azalttığı sonuuna varılabilir. Stirling motorlarının gelişiminde rol oynayan ısıl kayıpların azaltılması sayesinde daha yüksek motor çıkış güçleri elde edilebileektir.. MAERYAL VE MEOD.. Rejeneratörlü Stirling çevrimi Sıak bölge ile soğuk bölge arasında bulunan rejeneratör çalışma maddesinin sıak bölgeden soğuk bölgeye geçişi sırasında ısıyı depolar. Çalışma maddesinin soğuk bölgeden sıak bölgeye geçişi sırasında depoladığı ısıyı çalışma maddesine geri verir. eorik çevrimlerde rejeneratörün etkinliği % 00 kabul edilmektedir. Bu şartlarda rejeneratör sıak bölgeden soğuk bölgeye akış sırasında akışkandan alınan ısının tamamını soğuk bölgeden sıak bölgeye geçişte akışkana geri kazandırır. Rejeneratör bu özelliği ile ısı kazanı sağlamakla beraber, ısıl verimin de artmasını sağlar. Şekil de rejeneratörlü stirling çevriminin -S (sıaklık-entropi) diyagramı görülmektedir. 6

Özgören Y. eknolojik Araştırmalar: AED 00 () 5-34 h 3 4 V=C V=C Rejenerasyon S Şekil. Rejeneratörlü stirling çevriminin -S diyagramı. Rejeneratörlü stirling çevriminde 4- sabit haimde soğuma işleminde çalışma maddesi sıak bölgeden soğuk bölgeye geçerken rejeneratör çalışma maddesinin ısısını depolar. -3 sabit haimde ısıtma işleminde ise depoladığı ısının tamamını çalışma maddesine kazandırır. Bu duruma göre işe dönüşeek ısı 3-4 aralığı boyuna sabit sıaklıkta genişleme işleminde verilir. Sistemden ısı atma işlemi ise - aralığındaki sabit sıaklıkta durum değişikliğinde meydana gelir. Sisteme verilen ısı ( q S ); V 4 V qs Rh ln Rh ln () V3 V Sistemden atılan ısı ( q ); R V q ln R R () V İşe dönüşen net ısı ( q ); NE V qne ( h ) R ln (3) V dir. Rejeneratörlü stirling çevriminin ısıl verimi ( ); qne (4) qs Sadeleştirme yapılırsa; ( h ) (5) h h olur [7, 8, 9]. Stirling çevriminde soğuk kaynak sıaklığı min ve h sıak kaynak sıaklığı max olarak kabul edilirse maksimum ve minimum sıaklıklar arasında çalışan rejeneratörlü Stirling çevriminin ısıl verimi Carnot ısıl verimi ile aynı olur [5]. Basit Stirling çevrimine bir rejeneratör eklenmesi durumunda; rejeneratör, sabit haim durum değişikliğinde dışarı atılan ısının tamamını depo ederek, sabit haimde ısı verme işleminde sisteme aynen 7

eknolojik Araştırmalar: AED 00 () 5-34 iade eder. Bu işlem teorik olarak bir kapalı bölgede sonsuz sayıda ve belirli alanlı ısı eşanjörü kullanılarak gerçekleştirilir [7]... Rejeneratör etkinliği Rejeneratör etkinliği Şekil de gösterilen belirli bir rejeneratör uzunluğuna bağlı sıaklık değişimi diyagramı ile açıklanabilir. Şekil. Rejeneratör uzunluğuna bağlı sıaklık değişimi. Rejeneratörde ısıl kayıplar kaçınılmaz olduğundan, ısı transferi hiçbir zaman % 00 gerçekleşemez. Isıl kayıplar ne kadar az olursa rejeneratör etkinliği de o deree artaaktır. Stirling motorunda kullanılan rejeneratörün karşıt akışlı olduğu kabul edilirse Rejeneratör etkinliği; (6) 3 olarak yazılır [5]. ( 3 ) (7) olur. Burada; : Rejeneratöre giren sıak akışkanın sıaklığı (K) 3 : Rejeneratörden çıkan sıak akışkanın sıaklığı (K) : Rejeneratöre giren soğuk akışkanın sıaklığı (K) : Rejeneratörden çıkan soğuk (ısıtılan) akışkanın sıaklığı (K) є :Rejeneratör Etkinliği (%) 7 no lu eşitlikten de anlaşılaağı gibi sıaklığının değeri ile doğru orantılıdır. arttıkça sıaklığının da artaağı görülebilir. 0 olduğunda, olduğunda ise 3 olduğu görülebilir. Isı kayıplarından dolayı rejeneratör etkinliği hiçbir zaman olamaz. Anak kayıplar azaltılarak rejeneratör etkinliği artırılabilir..3. Rejeneratör etkinliğinin Stirling çevrim verimine etkileri Şekil 3 teki rejeneratörlü Stirling çevriminin -S diyagramında sıaklığı görülebilir. Bu diyagramdan da anlaşılaağı gibi, sıaklığının 3 sıaklığından daha düşük olduğu görülmektedir. sıaklığı 8

Özgören Y. eknolojik Araştırmalar: AED 00 () 5-34 arttıkça, a-- -b-a alanı büyüyeeğinden motorun ısıl verimi artaaktır. sıaklığı azaldığında ise a- - -b-a alanı küçüleeğinden ısıl verim azalaaktır. Rejeneratör etkinliği, Stirling motorunun ısıl verimini etkilemektedir. Rejeneratör etkinliğinin en önemli göstergesi sıaklığıdır. sıaklığı maksimum sıaklığa yaklaştıkça Stirling motorunun çevrim verimi artaak, sıaklığı azaldığı zaman ise ısıl verim azalaaktır. Şekil 3. Rejeneratörlü Stirling çevrimi -S diyagramında sıaklığı. Rejeneratör etkinliğinin motorun ısıl verimine etkileri aşağıdaki analizle belirlenebilir. Analizin gerçekleştirilebilmesi için gerekli eşitlikler ablo de verilmiştir. 3 V r V W Q ext ablo. Analizde Kullanılan Eşitlikler. Sıaklık oranı W R3 ln r R ln r Çevrim başına elde edilen net iş (W) Haim oranı C Özgül ısınma p (sıkıştırma oranı) C ısıları oranı v Isıl (ermik) verim R ( )C Gaz Sabiti v W Buna göre, eşitliğinde ablo de verilen eşitliklerle W ve Q ext değerleri düzenlenip termik Qext verim eşitliğinde yerine yazılırsa termik verim ; ( )( )ln r şeklinde yazılabilir. (8) 3 3 ( ) ( )ln r 3, ( ) ( )( ) eşitlikleri de yerine yazılaak olursa; 9

eknolojik Araştırmalar: AED 00 () 5-34 ( )( )ln r (9) ( )( ) ( )ln r olur. olduğunda verim, olur. Bu eşitlik ideal Carnot çevrim verimi eşitliği ile aynıdır. Eşitliğe bakıldığında; sadee maksimum ve minimum sıaklık değerlerinin verimi etkilediği görülebilir. 0 olduğunda ise; ( )( )ln r olur. Bu eşitlik rejeneratörsüz Stirling çevriminin verimine eşit olmaktadır. ( ) ( )ln r Rejeneratör etkinliğinin verime etkilerini hesap etmek amaıyla Fortran bilgisayar programı kullanılmıştır. Bu hesaplama sonuunda, değişik sıkıştırma oranları ve değişik rejeneratör etkinliğine bağlı çevrimin ısıl verim değerleri bulunmuştur. Şekil 4 de değişik haim oranlarında rejeneratör etkinliğinin çevrimin ısıl verimine etkileri görülmektedir. 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0, E=REJENERAOR EKINLIGI E=0.4 E=0,5 E=0,6 E=0,7 E=0,8 E=0,9 E= E=0 0 0 4 6 8 0 Şekil 4. Değişik haim oranlarında rejeneratör etkinliğinin ısıl verime etkileri. Şekil 4 teki eğriler inelendiğinde, 0 olduğunda, r de ısıl verimin 0, 08 olduğu görülmektedir. r de 0, 0 ve r 8 de ise 0, 39 olmaktadır. Eğrilerdeki değerlerin değişimini ( )( )ln r eşitliği yönetmektedir. Hesaplanan değerler, rejeneratörsüz ( ) ( )ln r motorun değerleridir. 0, 4olduğunda, r 8 lik sıkıştırma oranında 0, 48 ve r de 0, olmaktadır. Rejeneratör etkinliğinin artışına bağlı olarak çevrimin ısıl veriminin de yükseldiği görülür. 0.9 da, r 8 lik sıkıştırma oranında 0, 67 ve r de 0. 6 olduğu görülür. Eğriler inelendiğinde, sıkıştırma oranının - değerleri aralığında, eğimin hızlı bir artış gösterdiği, r sıkıştırma oranı değerinden sonra ise termal verim değerlerindeki artışın oldukça azaldığı görülür. 30

Özgören Y. eknolojik Araştırmalar: AED 00 () 5-34 olduğunda, haim oranı ( r ) ne olursa olsun ısıl verimin 0,7 değerinde sabit kaldığı görülmektedir. Buna göre eğrideki değerlerin değişimini eşitliği yönetmektedir. Bu değerler tasarlanan motorun ideal Carnot çevrim verimine yaklaşımını göstermektedir. etkinlik dereesinde verimi sadee maksimum ve minimum sıaklıklar etkilemektedir. Yer değiştirme pistonunun kaplamalı ve kaplamasız olduğu şartlarda, yer değiştirme pistonunun yüzey sıaklık değişimini yüzeylerin ışıma şiddetine bağlı olarak inelendiğinde aşağıdaki eşitlik yazılabilir [0]; Q pis 4 pis sil (0) A Krom-nikelli paslanmaz çelik için ışıma şiddeti (emissivity) Çelik =0,07 [] ve zirkonyum oksit için ZrO =0,45 alınmıştır [, 3]. yerine Çelik ve yerine sırası ile Çelik ve ZrO değerleri yazılarak kaplamalı ve kaplamasız yer değiştirme pistonunun kabul edilen çalışma şartlarındaki yüzey sıaklık değerleri (9) no lu eşitlikten hesaplanmıştır. Burada, A yüzey alanı, σ (=5.67 x 0-8 w/(m K 4 )) Stefan- Boltzmann sabiti, Q pis ısısı yüzeyler arasında gaz akışkana verilen toplam ısı değerinin yarısıdır. Bu hesaplamalara göre, yer değiştirme silindirinin ortalama yüzey sıaklığı =73 K olduğunda, kaplamasız (krom-nikelli paslanmaz çelik) pistonun yüzey sıaklığı sil pis kaplamasiz =98 K ve kaplamalı pistonun yüzey sıaklığı ise pis =0 K olarak bulunmuştur. Kaplamalı ve kaplamasız yer kaplamalı değiştirme pistonunun yüzey sıaklıkları karşılaştırıldığında kaplamalı yer değiştirme pistonunun yüzey sıaklığının daha yüksek çıktığı görülmektedir. Yer değiştirme pistonu kaplandığında yüzey sıaklığı ve buna bağlı olarak rejeneratör etkinliği artmakta, geçen akışkana daha yüksek oranda ısı verilebilmekte, motor güü ve veriminde artış olmaktadır. 3. DENEY SONUÇLARI ve ARIŞMA Bu çalışmada Stirling motorlarının önemli problemlerinden biri olan ısı kayıplarını azaltmak ve rejeneratör etkinliğini artırmak amaıyla beta tipi bir Stirling motorunun yer değiştirme pistonu termal bariyer kaplama malzemesi olan zirkonyum oksit ile kaplanmış ve farklı çalışma değişkenleri uygulayarak motor performansındaki değişimler inelenmiştir. estler, Gazi Üniversitesi eknik Eğitim Fakültesi Otomotiv Laboratuarında gerçekleştirilmiştir. Şekil 5 de motorda kullanılan kaplamalı ve kaplamasız yer değiştirme pistonları ve Şekil 6 da motorun resmi görülmektedir. 3

Motor Güü (W) eknolojik Araştırmalar: AED 00 () 5-34 Şekil 5. Kaplamalı ve kaplamasız yer değiştirme pistonlarının test sonrasındaki durumu. Şekil 6. Beta tipi stirling motorunun resmi. Yapılan motor performans testlerinde, ölçümlerden öne motorun istenilen test şartlarında kararlı çalışması sağlanmış, 3.5 bar şarj basınında, 000 C ısıtıı sıaklığında, çalışma maddesi olarak helyum gazının kullanıldığı test şartlarında kaplamalı ve kaplamasız pistonların kullanıldığı durumlardaki değişik motor devirlerinde motor güü değişimleri ölçülmüştür. Şekil 7 de kaplamalı ve kaplamasız pistonların motor güüne etkileri görülmektedir. Kaplamalı ve Kaplamasız Pistonlu Motor Devri-Motor Güü Değişimleri 00 80 60 40 0 0 00 400 600 800 000 00 Motor Devri (/min) Kaplamasız Kaplamalı Şekil 7. Kaplamalı ve kaplamasız pistonların motor güüne etkileri. En yüksek motor güü, kaplamalı yer değiştirme pistonunun kullanıldığı, 900 /min motor devrinde ve 83, W olarak ölçülmüştür. Bu koşullar, motordan en yüksek güün elde edildiği çalışma şartlarıdır. Diyagramdan da görüleeği gibi kaplamalı pistonun kullanıldığı bütün test şartlarında motor güü kaplamasız piston değerlerine göre yüksek çıkmaktadır. üm test şartlarında kaplamalı pistonlu güç değerleri kaplamasız pistonlu güç değerlerine göre ortalama % 69 artış göstermiştir. 3

Özgören Y. eknolojik Araştırmalar: AED 00 () 5-34 4. SONUÇLAR ve ÖNERİLER Çalışma akışkanının sürtünme kayıpları ve ısıl kayıplar azaltıldığında rejeneratör etkinliği arttığından, motorun ısıl verimi de artmaktadır. Stirling motorlarının güç değerlerinin yükselmesindeki en önemli unsurlar; ısıl kayıplar, viskoz sürtünmeler, mekanik sürtünmeler ve basınç kayıplarıdır. Stirling motorlarında verim artışının sağlanması, bu kayıpların azaltılması yönündeki çalışmaların başarısıyla yakından ilişkilidir. En yüksek motor güü, kaplamalı yer değiştirme pistonunun kullanıldığı, 900 /min motor devrinde ve 83, W olarak ölçülmüştür. Bu koşullar, motordan en yüksek güün elde edildiği çalışma şartlarıdır. Deneylerden elde edilen sonuçlar ve rejeneratör etkinliği ile ilgili elde edilen analiz sonuçları karşılaştırıldığında yer değiştirme pistonu üzerinde yapılan termal bariyer kaplama uygulaması sayesinde rejeneratör etkinliğinin arttığı ve bunun sonuunda motor güünde artış olduğu sonuuna varılmıştır. Bütün denemelerden alınan değerlere göre kaplamalı pistonlu güç değerleri kaplamasız pistonlu güç değerlerine göre daha yüksek çıkmıştır. Yapılan motor deneyleri ve analiz sonuunda elde edilen değerler Walker in (980) rejeneratör etkinliği ile ilgili yapmış olduğu analizden elde ettiği sonuçlarla benzer değişimler göstermektedir. Kaushik ve Kumar ın (00) yapmış oldukları optimizasyon çalışması sonuunda sıak ve soğuk kaynakların ısı kapasitesi, rejeneratörde oluşan ısı kayıpları ve idarlardan dışarıya olan ısı kaçaklarının azaltılması ile verimin artaağı belirtilmiştir. Bu çalışmada termal bariyer kaplamasının kullanılması ısıl kazanç sağlamıştır. Kaplama 0,30 mm den daha fazla kalınlığa ulaştırılır ve kaplama yüzeyi daha gözenekli bir yapıya sahip olursa, rejeneratör etkinliği daha da artaak, aynı zamanda yer değiştirme pistonu üzerinde radyasyonla ve mekik ısı transferi ile oluşan ısıl kayıplar daha da azaltılabileektir. 5. KAYNAKLAR. Kaushik, S., Kumar, S., 00, Finite ime hermodynami Evaluation of Irreversible Erisson and Stirling Heat Engines, Energy Conversion & Management, 4: 95-3.. Watanabe, H., Fujisawa, Y., Yoshida, M., Ohtomo, M., Moriya, S., Isshiki, N., 999, A Study on emperature Distribution of Stirling Engine Regenerator, he 34 th IECEC Intersoiety Energy Conversion Engineering Conferene Proeeding, 999-0-506: -. 3. Costea, M., 999, he effet of irreversibilities on solar Stirling engine yle performane, Department of Applied hermodynamis, Polytehni University of Buharest, Romania. Energy Conversion & Management, 73-73. 4. Gu, Z., Sato, H., Feng, X., 00, Using Superritial Heat Reovery Proess in Stirling Engines for High hermal Effiieny, Applied hermal Engineering, : 6-630. 5. Walker, G., 980, Stirling Engines, Oxford, Clarendon Pres. 6. Senf, J. R., 998, heoretial limits on the performane of Stirling engines, International Journal of Energy Researh, 99-000. 7. Çetinkaya, S., 999, Gaz ürbinleri, Ankara, Nobel Yayın Dağıtım. 8. Üstün, S., 000 Çift yer değiştirme pistonlu V tipi küçük güçlü bir Stirling motorunun tasarımı ve imalatı, Doktora ezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. 33

eknolojik Araştırmalar: AED 00 () 5-34 9. Çetinkaya, S., 999, ermodinamik, Ankara, Nobel Yayın Dağıtım. 0. Holman, J. P., 98, Heat ransfer, M Graw Hill In., Printed in the United States of Ameria, 336-337.. Kılıç, M., Yiğit, A., 004, Isı ransferi, Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü, Alfa Yayınılık, İstanbul, 348-349, 436-439.. SPI. In., 004, Infrared thermal imaging ameras for thermographi appliations; emissivity,. http://www.x0.org/index.html. 3. Omega Engineer In., 996, able of emissivity values, http://www.omega. om/tehref/temper.html. 34