Krank kaydırmalı bir stirling motorunun termodinamik performansının nodal analiz ile incelenmesi

Abstract

Petrolün yaygın biçimde enerji kaynağı olarak kullanımı iklim değişikliği, çevre ve atmosfer kirlenmesi, canlı varlıkların yaşam koşullarının yok olması gibi bir takım olumsuz gelişmeleri doğurmuştur. Bu olumsuz gelişmelerin önüne geçilebilmesi için güneş enerjisi, nükleer enerji ve jeotermal enerji gibi temiz ve tükenmez enerjilerin kullanımının yaygınlaştırılması gerekmektedir. Bu enerjilerin kullanımının yaygınlaştırılabilmesi için her türlü ısıyı mekanik enerjiye dönüştürebilen bir makinenin geliştirilmesi gerekmektedir. Bu amaçla geliştirilmeye çalışılan makinelerden birisi de Stirling motorlarıdır. Stirling motorları hâlihazırda endüstriyel boyutta kullanılan bir makine olmamakla birlikte, üzerinde en çok araştırma yapılan enerji dönüşüm makinelerinden birisidir. Bu araştırmada, krank kaydırma esasına göre çalışan alfa tipi bir Stirling motorunun termodinamik performansı; iş akışkanı olan Helyumun kütlesi, silindirlerin uzunluğu, krank kaydırmanın miktarı, silindirlerin rölatif konumu, biyellerin uzunlukları ve ısıtıcı sıcaklığına bağlı olarak incelenmiştir. Yapılan incelemede kullanılan matematik model; kinematik ilişkiler, termodinamiğin birinci kanunu, ideal gazların hal denklemi, kütlenin korunumu yasası ve Schmidt formülünden oluşmaktadır. Helyum kütlesi 3,5 g, ısıtıcı sıcaklığı 800 K, silindir tepesi ile krank merkezi arasındaki uzaklık 328,5 mm, biyel uzunluğu 171 mm ve krank kaçıklığı 40 mm olarak atandığında; iş 223 J, ortalama basınç 24,9 bar, motor gücü 3,55 kW ve ısıl verim %52 olarak belirlenmiştir.