Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması
Yıl: 2023 Cilt: 38 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 45 - 56 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.944333 İndeks Tarihi: 23-03-2023
Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması
Öz: Geleneksel gama tipi Stirling motorlarında iki silindir mevcut olup silindirlerden birisi aracılığı ile çalışma gazının sıkıştırılması ve genişletilmesi işlemleri, diğeri aracılığı ile çalışma gazının sabit hacimde ısıtılması ve soğutulması işlemleri gerçekleştirilmektedir. Geleneksel gama tipi motorlarda soğuk ve sıcak hacimlerin aynı silindirde bulunması nedeni ile sıcak uçtan soğuk uca iletimle önemli bir miktarda ısı kaybı olmaktadır. Ayrıca dispileysırın yapımı oldukça külfetli bir iştir. Bu problemleri yok etmek için, son zamanlarda sıcak ve soğuk hacimleri ayrı ayrı silindirlerde bulunan üç silindirli gama tipi bir motor modeli tanıtılmıştır. Bu motorlarda bulunan silindirlerden birisi sıcak hacim olarak bir diğeri soğuk hacim olarak üçüncüsü de güç silindiri olarak görev yapmaktadır. Bu motorların termodinamik süreçleri geleneksel gama tipi motorunkine çok benzediği için bunlara üç silindirli gama tipi motor adı verilmiştir. Her üç silindirin içerisinde alışılmış tipten pistonlar çalışmaktadır. Bu araştırmada geleneksel gama tipi bir motorun ve üç silindirli gama tipi bir motorun nodal termodinamik analizleri yapılarak performansları kıyaslanmıştır. Motorların çevrimlik işlerinin ve verimlerinin birbirine çok yakın olduğu görülmektedir. Yüksek hızlarda ve yüksek basınçlarında geleneksel gama tipi motorun, yüksek sıkıştırma oranında ise üç silindirli gama tipi motorun az miktarda avantajlı olduğu görülmektedir.
Anahtar Kelime: Nodal thermodynamic analysis of a three-cylinder gamma-type Stirling engine and a conventional gamma type Stirling engine and performance comparison
Öz: In conventional gamma type Stirling engines there are two cylinders. One of them is used for compression and expansion of working fluid while the other is performing the heating and cooling processes of the working fluid at constant volume. Due to the fact that in conventional gamma type engines the hot and cold volumes take part in the same cylinder, a significant amount of heat is lost via the conduction through the wall of the displacer cylinder. Apart from this, the manufacturing process of displacer is a profoundly difficult task. In order to avoid these problems, recently a novel engine configuration with three cylinders has been proposed. In this engine one of the three cylinders functions as hot volume, the other one functions as cold volume and the third one functions as power cylinder. Since the thermodynamic processes of these engines are similar to that of the conventional gamma type engine, this engine is named as three-cylinder gamma type engine. In this engine all of the three cylinders are associated with conventional pistons. In this study, the nodal thermodynamic analyses of the conventional gamma type engine, and the three-cylinder gamma type engine were conducted and compared from performance point of view. The cyclic works and thermal efficiencies of engines are seen to be very close to each other. At high speeds and at high pressures of the working fluid, the conventional gamma type engine was found to be a bit advantageous, but, at high compression ratios, the three-cylinder gamma type engine was found to be slightly better.
Anahtar Kelime: Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
- Schneider T., Müller D., Karl J., A review of thermochemical biomass conversion combined with Stirling engines for the small-scale cogeneration of heat and power, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 134, 110288, 2020.
- Walker G., Stirling Engines, Clarendon Press, 1980.
- Amarloo A, Valian A K, Batooei A, Nia S A, Thermodynamic analysis of performance parameter of a novel 3 cylinder Stirling engine configuration, Modern Mechanical Engineering, 16 (10), 448-458, 2016.
- Khanjanpour M.H., Rahnama M., Javadi A.A., Akramia M., Tavakolpour–Saleh A.R., Iranmanesh M., An experimental study of a gamma-type MTD stirling engine, Case Studies in Thermal Engineering, 24, 100871, 2021.
- Qiu H., Wang K., Yu P., Ni M., Xiao G., A third-order numerical model and transient characterization of a β-type Stirling engine, Energy, 222, 119973, 2021.
- Mou J., Li W., Li J., Hong G., Gas action effect of free piston Stirling engine, Energy Conversion and Management, 110, 278–286, 2016.
- Karabulut H., Okur M., Ozdemir A.O., Performance prediction of a Martini type of Stirling engine, Energy Conversion and Management, 179, 1-12, 2019.
- Hachem H, Gheith R., Aloui F., Nasrallah S.B., Numerical characterization of a γ-Stirling engine considering losses and interaction between functioning parameters, Energy Conversion and Management, 96, 532–543, 2015.
- Urieli I., Berchowitz D.M., Stirling cycle engine analysis, Adam Hilger Ltd., United Kingdom, 1984.
- Alfarawi S., Al-Dadah R., Mahmoud S., Influence of phase angle and dead volume on gamma-type Stirling engine power using CFD simulation, Energy Conversion and Management, 124, 130–140, 2016.
- Ye W., Zhang T., Wang X., Liu Y., Chen P., Parametric study of gamma-type free piston stirling engine using nonlinear thermodynamic-dynamic coupled model, Energy, 211, 118458, 2020.
- Hooshang M, Moghadam R A, AlizadehNia S, Dynamic response simulation and experiment for gamma-type Stirling engine, Renewable Energy, 86- 192e205, 2016.
- Joseph J., Louis E.M., Thomas B., Anurag K., Sankar V., Pullan T.T., Fabrication and testing of a gamma type stirling engine, Materials Today: Proceedings, Article in Press.
- Bataineh K.M., Numerical thermodynamic model of alpha-type Stirling engine, Case Studies in Thermal Engineering 12, 104–116, 2018.
- Chen W.L., Yang Y.C., Salazar J.L., A CFD parametric study on the performance of a low-temperature-differential γ-type Stirling engine, Energy Conversion and Management, 106, 635–643, 2015.
- Gheith R., Hachem H., Aloui F., Nasrallah S.B., Experimental and theoretical investigation of Stirling engine heater: Parametrical optimization, Energy Conversion and Management, 105, 285–293, 2015.
- Babaelahi M., Sayyaadi H., Simple-II: A new numerical thermal model for predicting thermal performance of Stirling engines, Energy, 69, 873-890, 2014.
- Bert J., Chrenko D., Sophy T., Moyne L.L., Sirot F., Simulation, experimental validation and kinematic optimization of a Stirling engine using air and helium, Energy, 78, 701-712, 2014.
- Majidniya M., Boileau T., Remy B., Zandi M., Performance simulation by a nonlinear thermodynamic model for a Free Piston Stirling Engine with a linear generator, Applied Thermal Engineering, 184, 116128, 2021.
- Bagheri A., Mullins W.C., Foster P.R., Bostanci H., Experimental characterization of an innovative low-temperature small-scale Rotary Displacer Stirling Engine, Energy Conversion and Management, 201, 112073, 2019.
- Karabulut H., Cinar C., Okur M., Dynamic simulation and performance prediction of free displacer Stirling engines, International Journal of Green Energy, 17 (7), 427-439, 2020.
- Karabulut H., Aksoy F., Öztürk E., Thermodynamic analysis of a β type Stirling engine with a displacer driving mechanism by means of a lever, Renewable Energy, 34 (1), 202-208, 2009.
- Solmaz H., Karabulut H., Performance comparison of a novel configuration of beta-type Stirling engines with rhombic drive engine, Energy Conversion and Management, 78, 627-633, 2014.
- Karabulut H., Çınar C., Aksoy F., Solmaz H., Özgören Y.Ö., Arslan, M., Beta tipi rhombic hareket mekanizmalı bir Stirling motorunun tasarımı ve performans testleri, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31 (4), 879-888, 2016.
- Campos M.C., Vargas J.V.C., Ordonez, J.C., Thermodynamic optimization of a Stirling engine, Energy, 44, 902-910, 2012.
| APA | Karabulut H, Duzgun M, Topgül T (2023). Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması. , 45 - 56. 10.17341/gazimmfd.944333 |
| Chicago | Karabulut Halit,Duzgun Mesut,Topgül Tolga Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması. (2023): 45 - 56. 10.17341/gazimmfd.944333 |
| MLA | Karabulut Halit,Duzgun Mesut,Topgül Tolga Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması. , 2023, ss.45 - 56. 10.17341/gazimmfd.944333 |
| AMA | Karabulut H,Duzgun M,Topgül T Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması. . 2023; 45 - 56. 10.17341/gazimmfd.944333 |
| Vancouver | Karabulut H,Duzgun M,Topgül T Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması. . 2023; 45 - 56. 10.17341/gazimmfd.944333 |
| IEEE | Karabulut H,Duzgun M,Topgül T "Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması." , ss.45 - 56, 2023. 10.17341/gazimmfd.944333 |
| ISNAD | Karabulut, Halit vd. "Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması". (2023), 45-56. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.944333 |
| APA | Karabulut H, Duzgun M, Topgül T (2023). Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38(1), 45 - 56. 10.17341/gazimmfd.944333 |
| Chicago | Karabulut Halit,Duzgun Mesut,Topgül Tolga Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38, no.1 (2023): 45 - 56. 10.17341/gazimmfd.944333 |
| MLA | Karabulut Halit,Duzgun Mesut,Topgül Tolga Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.38, no.1, 2023, ss.45 - 56. 10.17341/gazimmfd.944333 |
| AMA | Karabulut H,Duzgun M,Topgül T Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(1): 45 - 56. 10.17341/gazimmfd.944333 |
| Vancouver | Karabulut H,Duzgun M,Topgül T Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2023; 38(1): 45 - 56. 10.17341/gazimmfd.944333 |
| IEEE | Karabulut H,Duzgun M,Topgül T "Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38, ss.45 - 56, 2023. 10.17341/gazimmfd.944333 |
| ISNAD | Karabulut, Halit vd. "Üç silindirli gama tipi bir Stirling motorunun ve geleneksel gama tipi bir Stirling motorunun nodal termodinamik analizleri ve performans kıyaslaması". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38/1 (2023), 45-56. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.944333 |
