THERMAL PERFORMANCE ANALYSIS OF A STIRLING ENGINE ENERGIZED WITH EXHAUST GAS OF A DIESEL ENGINE

Authors : Mesut DUZGUN, Halit KARABULUT

Pages : 249-263

Doi:10.47480/isibted.1025949

View : 18 | Download : 7

Publication Date : 2021-10-31

Article Type : Research Paper

Abstract :Teorik ve deneysel birçok araştırma içten yanmalı motorlarda ¾ ve daha fazla gaz kelebek açıklığında, 3000 rpm ve daha yüksek devirlerde egzoz gazı sıcaklığının 900-1000 K’e ulaştığını göstermektedir. İçten yanmalı motorlarda egzoz gazı ile atılan ısı yaklaşık olarak motorların güçlerine eşit miktardadır. İçten yanmalı motorların bu özellikleri göz önünde bulundurularak, bu çalışmada içten yanmalı bir motor ve bir stirling motorundan meydana gelen hibrit bir motorun termodinamik analizlerinin yapılması amaçlanmıştır. Bu hibrit motor; içten yanmalı motor ile stirling motorunun krank mili ve silindirinin ortak kullanımı ile meydana gelmektedir. İçten yanmalı motor geleneksel olmayan bir piston ve biyel mekanizmasından oluşan 4 zamanlı bir dizel motordur. Bu tip pistonlar kullanılarak aynı silindir içerisinde biri piston tepesinin üstünde diğeri pistonun alt tarafında olmak üzere iki oda oluşturulmaktadır. Bu çalışmada sunulan hibrit motorda pistonun altında kalan hacim stirling motorun genleşme hacmi olarak kullanılırken diğer oda dizel motorun çalışma hacmi olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada yaygın kullanımda olan bir dizel motorunun istatistiksel verileri kullanılarak stirling motorunun termodinamik performansı incelenmiştir. Stirling motoru için analiz girdileri olarak; 800 K ısıtıcı yüzey sıcaklığı, 392 K soğutucu yüzey sıcaklığı, 800 W/m2K rejeneratörün ısı transfer katsayısı, 300 W/m2K ısıtıcı ve soğutucunun ısı transfer katsayısı, 250 rad/s motor hızı ve 12.5 bar hava şarj basıncı kullanılmıştır. Dizel motorunun çıkış gücünün 120kW olduğu varsayılarak Stirling motoru için de 120 kW’lık giriş sıcaklık değeri kabul edilmiştir. Soğutucu, ısıtıcı ve rejeneratörün ısı transfer alanları sırası ile 0,33 m2, 0,6 m2 ve 4,6 m2 olarak optimize edilmiştir. Stirling motorunun optimum termal verimliliği ve motor gücü % 47 ve 24 kW olarak belirlenmiştir. Hibrit motorun toplam termal verimliliği yalnız içten yanalı motorun sağladığı değer ile karşılaştırıldığında %6 artmıştır. Dizel motorun silindi içerisindeki ortalama gaz basıncının 12,5 bar olduğu durumda Stirling motorundaki çalışma akışkanının kütlesi 17 g olarak belirlenmiştir.
Keywords : Enerji kaynağı, Isı geri kazanımı, Termodinamik analiz, Hibrit motor, Birleştirilmiş Dizel ve Stirling motoru