Güneş Enerjili Bir Sıcak Hava Motoru Tasarımı ve Analizi

Öz

Giderek artan enerji ihtiyacının daha ucuz ve çevreyi kirletmeyecek yollarla elde edilmesi için alternatif enerji kaynaklarından yararlanılması gerekmektedir. Çevre dostu, yenilenebilir, elde edilmesi düşük maliyetli olan güneş enerjisi, bu durumda en yaygın olarak kullanılan alternatif enerji olarak gündeme gelmiştir. Güneş enerjisi uygulamalarından bir tanesi, güneş enerjisinden elektrik üretimi sağlanması için geliştirilen sıcak hava motoru sistemidir.

Bu çalışma kapsamında ilk olarak özgün bir Stirling sıcak hava motoru tasarlanmış ve bu tasarımın bir prototipi imal edilmiştir. Beta tipi olarak tasarlanan motorda, sıkıştırma oranı, güç pistonu çapı, pistonların bağlı olduğu geri çağrıcı kuvveti oluşturan yaylar, yer değiştirme pistonunun boyu, çalışma akışkanı, doldurma basıncı, ısıtma sıcaklığı, rejeneratör boyutları ve malzemesi değiştirilebilmektedir. Amaç, termodinamik analiz yaparak bu parametrelerin, devir, güç gibi motor karakteristiklerine etkisini incelemektir. Termodinamik analiz sonuçları değerlendirilerek, en yüksek verimi sağlayacak motor parametreleri belirlenmiştir. Motor parametreleri değiştirilebilir bir sistem ilk defa yapılmıştır. 

Anahtar Kelimeler

• Stirling motoru,Sıcak hava motoru,Güneş enerjili ısı motoru

Design and Analysis of a Solar Hot Air Engine

Öz

Using the energy sources is the subject of discussion to obtain the energy necessity in cheaper and environment friendly. Solar energy, which is nature-friendly, refreshable and of a low cost has become the most widely used alternate energy. One of the systems which works with solar energy are developed to produce electricity from solar energy is hot air engine system.

 

Within the context of this study, firstly an original Stirling hot air engine was designed, and a prototype of this design was produced. In the engine, which is designed as the beta type, compression level, the diameter of power piston, the arcs which form the back-calling power, to which the pistons are connected, the length of displacer piston, working fluid, filling pressure, heating degree, regenerator size and the material used can be changed. The aim is to analyze the effect of these parameters to engine characteristics like cycle and power and make thermodynamic analyzation. For the first time, a system, of which the engine parameters are adjustable is made. 

Anahtar Kelimeler

• Stirling engine,Hot air engine,Solar powered heat engine

Kaynakça

1. 1. Organ, A.J., 1992. Thermodynamics and Gas Dynamics of Stirling Cycle Machine’, Cambridge, UK.
2. 2. Martini, W.R., 1983. Stirling Engine Design Manual, U.S. Department of Energy Conservation and Renewable Energy Office of Vehicle and Engine R&D.
3. 3. Yücesu, S., 1996. Küçük Güçlü Güneş Enerjili Bir Stirling Motoru Tasarımı, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi.
4. 4. Temel, M., 1996. Stirling Çevrimi ile Çalışan Makinaların Rejeneratörlerinin Langrange Yöntemi ile Termodinamik Analizi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi.
5. 5. Koca, A., 1997. V Tipi Stirling Motorunun Tasarımı ve İmali, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi.
6. 6. Ünüvar, E., 1998. Serbest Pistonlu Stirling Motorunun Yer Değiştirici Yayının Dizaynı ve Analizi, Yüksek Lisans Tezi.
7. 7. Demiralp, M., 2000. Gama Tipi Bir Stirling Motorun Tasarımı ve İmalatı, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi.
8. 8. Fakı, A., 2001. Alfa Tipi V Modeli Bir Stirling Motorunun Tasarımı ve İmalatı, Yüksek Lisans Tezi, Dumlupınar Üniversitesi.

9. 9. Karataş, O., 2002. Beta Tipi Bir Stirling Motoru için Rhombic Döndürme Mekanizmasının Tasarımı ve İmali, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi.
10. 10. Pırasacı, T., 2002. Güneş Enerjisi ile Çalışan, Stirling Motorlu Elektrik Enerjisi Üretim Sistemi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi.
11. 11. Karabulut, H., Yücesu, H.S., Çınar, C., 2006. Nodal Analysis of a Stirling Engine with Concentric Piston and Displacer, Renewable Energy, 31(13), 2188-2221.
12. 12. Demir, B., Güngör, A., 2010. Manufacturing and Testing of a V-Type Stirling Engine, International Journal of Electronics, Mechanical and Mechatronics Engineering, 1, (1), 39-44.
13. 13. Hooshang, M., Askari Moghadam, R., Alizadeh Nia, S., Tale Masouleh, M., 2015. Optimization of Stirling Engine Design Parameters Using Neural Networks, Renewable Energy, 74, 855-866.
14. 14. Gheith, R., Hachem, H., Aloui, F., Ben Nasrallah S., 2015. Experimental and Theoretical Investigation of Stirling Engine Heater: Parametrical Optimization, Energy Conversion and Management, 105, 285-293.
15. 15. Podesva, J., Poruba, Z., 2016. The Stirling Engine Mechanism Optimization, Perspectives in Science, 7, 341-346.
16. 16. Jan, W., Marek, P., 2016. Mathematical Modeling of the Stirling Engine, Procedia Engineering, 157, 349-356.
17. 17. Erol, D., Yaman, H., Doğan, B., 2017. A Review Development of Rhombic Drive Mechanism Used in the Stirling Engines, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 78, 1044-1067.
18. 18. Çınar, C., Aksoy, F., Solmaz, H., Yılmaz, E., Uyumaz, A., 2018. Manufacturing and Testing of an a-type Stirling Engine, Applied Thermal Engineering, 130, 1373-1379.
19. 19. Cheng, C.H., Chen, Y.F., 2017. Numerical Simulation of Thermal and Flow Fields Inside a 1-kW Beta-type Stirling Engine, Applied Thermal Engineering, 121, 554-561.
20. 20. Shendage, D.J., Kedare, S.B., Bapat, S.L., 2017. Cyclic Analysis and Optimization of Design Parameters for Beta Configuration Stirling Engine Using Rhombic Drive, Applied Thermal Engineering, 124, 595-615.
21. 21. Alfarawi, S., AL-Dadah, R., Mahmoud, S., 2016. Enhanced Thermodynamic Modelling of a Gamma-type Stirling Engine, Applied Thermal Engineering, 106, 1380-1390.
22. 22. Aksoy, F., Karabulut, H., Çınar, C., Solmaz, H., Ozgoren, Y.O., Uyumaz, A., 2015. Thermal Performance of a Stirling Engine Powered by a Solar Simulator, Applied Thermal Engineering, 86, 161-167.
23. 23. Li, R., Grosu, L., Li, W., 2017. New Polytropic Model to Predict the Performance of Beta and Gamma Type Stirling Engine, Energy, 128, 62-76.
24. 24. Tavakolpour-Saleh, A.R., Zare, SH., Bahreman, H., 2017. A Novel Active Free Piston Stirling Engine: Modeling, development, and experiment, Applied Energy, 199, 400–415.
25. 25. Akhan, H., (Tez Yöneticisi: Doğan Eryener), 2007. Güneş Enerjili Bir Sıcak Hava Motoru Tasarımı, Yüksek Lisans Tezi, Trakya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
26. 26. Isısan, 2008. 376 Nolu Isısan Çalışmaları, Yenilenebilir Enerji Alternatif Sistemler.