Investigation of power generating turbine characteristics for low enthalpy organic Rankine cycles

作者
Θεόφιλος Ευσταθιάδης
标识
DOI:10.12681/eadd/50560
摘要

Στη παρούσα διδακτορική διατριβή μελετάται ο σχεδιασμός υπερηχητικού στροβίλου παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας για Οργανικούς κύκλους Rankine (ORC) χαμηλής ενθαλπίας (≈100οC). Πιο συγκεκριμένα, μελετάται ο σχεδιασμός καινοτομικών πτερυγίων τόσο για το στάτορα, όσο και για το ρότορα με τη χρήση των πιο σύγχρονων μεθόδων που εφαρμόζονται στην Αεροδιαστημική για το σχεδιασμό των υπερηχητικών ακροφυσίων των διαστημοπλοίων με τη χρήση καταστατικών εξισώσεων πραγματικών αερίων. Ο λόγος που γίνεται επιτακτική η ανάγκη σχεδιασμού υπερηχητικών πτερυγίων έγκειται στο γεγονός ότι τα οργανικά, όπως προκύπτει και από την ονομασία αυτών των συστημάτων, ρευστά χαρακτηρίζονται από χαμηλές τιμές της ταχύτητα του ήχου στο σημείο λειτουργίας. Έτσι για να επιτευχθεί μια ικανοποιητική απόδοση του στροβίλου ≥75%, απαιτείται μεγάλος λόγος πιέσεων κατά την εκτόνωση, δηλαδή απαιτείται ο στρόβιλος να βρίσκεται σε υπερηχητικές συνθήκες λειτουργίας. Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκε ένας αλγόριθμος θερμοδυναμικών εξισώσεων, ο οποίος είναι ικανός να υπολογίζει την αξιοποιήσιμη ενέργεια της εκάστοτε διαθέσιμης θερμικής πηγής και να προτείνει στο χρήστη τη βέλτιστη διάταξη του οργανικού κύκλου Rankine καθώς και το καταλληλότερο εργαζόμενο μέσο δίνοντας έμφαση στη παραγόμενη ισχύ. Αφού καθοριστεί το εργαζόμενο μέσο, πραγματοποιείται η διαστασιολόγηση του στροβίλου και στη συνέχεια γίνεται η βελτιστοποίηση της γεωμετρίας των πτερυγίων με βάση το ρευστό που έχει επιλεχθεί. Η σχεδίαση των πτερυγίων τόσο του στάτορα όσο και του ρότορα γίνεται με τη «μέθοδο των χαρακτηριστικών» για την ελαχιστοποίηση των απωλειών της ροής λόγω των υπερηχητικών κυμάτων. Τέλος, η ρευστοδυναμική μελέτη των πτερυγίων έλαβε χώρα για την εκτίμηση της απόδοσης του στροβίλου, ενώ κατασκευάστηκε πειραματική διάταξη (water table) στο Εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών και Στροβιλομηχανών με σκοπό την επαλήθευση των απωλειών μέσω της παρατήρησης των κυμάτων εκτόνωσης στα επιθυμητά σημεία ανάμεσα από τα υπερηχητικά πτερύγια. Επιπροσθέτως, αναπτύχθηκε τόσο υπολογιστικά, όσο και πειραματικά μια καινοτόμα μέθοδος ανίχνευσης τυχόν διαρροών του εργαζόμενου μέσου, μιας και η προστασία του περιβάλλοντος αποτελούσε πρωταρχικό σκοπό της παρούσας διατριβής. Η συγκεκριμένη μέθοδος βασίστηκε στις ακουστικές εκπομπές (acoustic emissions) που διαχέονται στο περιβάλλοντα χώρο κατά τη διαρροή ενός ρευστού από κλειστό κύκλωμα. Τέλος, ανακαλύφθηκε ένα νέο εργαζόμενο μέσο που αποτελεί μείγμα δύο ευρέως διαδεδομένων οργανικών ρευστών, του ισοβουτανίου και του ισοπεντανίου, το οποίο σύμφωνα με τα αποτελέσματα της έρευνας, επιτρέπει τη θερμική απόδοση του κύκλου να φτάνει το 13.9% σε συνθήκες μέγιστης παραγόμενης ηλεκτρικής ισχύος με την απόδοση του μονοβάθμιου στροβίλου να αγγίζει το 82.65%.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
盛通发布了新的文献求助10
1秒前
Billy发布了新的文献求助13
1秒前
领导范儿应助果冻采纳,获得10
1秒前
greedyfree发布了新的文献求助10
1秒前
大模型应助阳光的梦寒采纳,获得50
2秒前
3秒前
3秒前
4秒前
5秒前
风禾尽起发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
6秒前
研友_VZG7GZ应助俏皮的柠檬采纳,获得10
7秒前
QW发布了新的文献求助10
7秒前
景琦发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
盛通完成签到,获得积分10
8秒前
VirSnorlax完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
吃饭小天才完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
jinjinjin发布了新的文献求助200
10秒前
十寸甫发布了新的文献求助10
10秒前
魏翠林发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
duanhahaha发布了新的文献求助10
10秒前
乐乐应助高强采纳,获得10
11秒前
Nole应助风中诺言采纳,获得10
12秒前
Li_KK完成签到,获得积分10
12秒前
wangzili87发布了新的文献求助10
12秒前
13秒前
赘婿应助chilly采纳,获得10
13秒前
15秒前
小蘑菇应助魏翠林采纳,获得10
16秒前
zym完成签到,获得积分10
16秒前
kwan完成签到,获得积分10
16秒前
Billy完成签到,获得积分20
19秒前
19秒前
做猪要开心完成签到,获得积分10
19秒前
慕青应助十寸甫采纳,获得10
20秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Römisch-Germanische Forschungen 1000
APA handbook of comparative psychology: Basic concepts, methods, neural substrate, and behavior 1000
China Pluperfect I: Epistemology of Past and Outside in Chinese Art 520
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
The fast track to determining transfer functions of linear circuits: The student guide 500
The Analytical and Numerical Solution of Electric and Magnetic Fields 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7610349
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9186168
关于积分的说明 19678777
捐赠科研通 7184241
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3270379
关于科研通互助平台的介绍 2434021
邀请新用户注册赠送积分活动 2265051