Determination of sensitivity and contribution ratios of parameters affecting Organic Rankine Cycle efficiency with multivariant optimization

Abstract

Bu çalışmada, Organik Rankine Çevrimi (ORÇ) üze rinde etkisi olan performans parametrelerinin hassasiyet seviyeleri ve katkı oranları belirlenmiştir. Performans parametreleri evaporatör-kondenser pinch point sıcaklık farkı (∆𝑇 𝑃𝑃,𝑒 , ∆𝑇 𝑃𝑃,𝑘 ), soğutma suyu giriş sıcaklığı (𝑇 𝑐,𝑖 ), aşırı kızdırma sıcaklığı (𝑇 𝑎𝑘 ), türbin-pompa izantropik verimleri (𝜂 𝑡 ve 𝜂 𝑝 ) olarak seçilmiştir. Bu parametrelerin ORÇ sistemi üzerindeki etkisi farklı amaç fonksiyonları altında değerlendirilmiştir. İncelenen amaç fonksiyonları; ısıl verim, net güç ve ekserji verimi maksimizasyonu ile toplam tersinmezlik, hacimsel debi oranı (𝑉𝐹𝑅) ve çevresel etki faktör (𝐸𝐸𝐹) minimizasyonudur. Böylece enerji-ekserji analizi ile termodinamik performans, türbin ekonomisinde önemli etkisi olan 𝑉𝐹𝑅 ve termodinamik sürdürülebilirlik indeksleri ile çevresel faktör incelenmiştir. Amaç fonksiyonlarının değişmesiyle performans parametrelerinin etkisinin büyük bir oranda değişkenlik gösterdiği tespit edilmiştir. ∆𝑇 𝑃𝑃,𝑒 'nin etkisi maksimum ısıl verimin elde edilmesinde %20.59 etkili iken, maksimum türbin gücünün elde edilmesinde %71.9 etkili olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada Taguchi-ANOVA'dan yararlanılmıştır. L25 ortogonal dizilim kullanılmasıyla amaç fonksiyonlarına ulaşılmasında optimum ortogonal dizilimler ve parametrelerin hassasiyet seviye sıralaması tespit edilmiştir. Tüm amaç fonksiyonlarının eşit oranda etkilediği bir ağırlık fonksiyonu tanımlanmasıyla ORÇ performansı üzerinde %42.85 ∆𝑇 𝑃𝑃,𝑒 ve %25.71 ise 𝑇 𝑐,𝑖 'nin etkisinin olduğu belirlenmiştir. Son olarak; regresyon analizi ile her bir amaç fonksiyonu için performans parametrelerine bağlı olarak denklemler çıkarılmıştır. Ampirik denklem ile tahmin edilen sonuçlar ile nümerik analiz sonuçları arasındaki hata oranları çıkartılmıştır. Bu oranlara bakıldığında ampirik denklemlerin ORÇ performansının belirlenmesinde başarılı bir şekilde kullanılabileceği tespit edilmiştir.