Search

Dinamik basınç ölçümleri, sensör teknolojisindeki gelişimin artmasıyla beraber, basıncın zamana bağlı olarak incelendiği alanlarda yoğun olarak kullanılmaktadır. Dinamik basınç ölçümlerinin kullanıldığı ve önem kazandığı alanlardan biri de rüzgar tüneli testleridir. Bina, stadyum, gökdelen gibi yapıların cepheleri ve taşıyıcı sistemleri üzerindeki rüzgar yükünün belirlendiği rüzgar tüneli testlerinde basınç ölçümleri zamana bağlı olarak yapılmaktadır. Rüzgar tüneli testi çalışmalarında model ile ölçüm sistemi arasında kullanılan boru sisteminin uzunluğu, iç çapı gibi değişik parametreler sebebiyle farklı frekansta çalkantı içeren havanın dinamik basınç ölçümü sonuçları üzerinde oluşan bozulmalar deney sonuçlarının doğruluğunu etkilemektedir.Dinamik basınç ölçümlerinde kullanılan borulama sisteminin farklı frekanslardaki çalkantılı basınç üzerinde yaratacağı bozulmalar rezonans, genlik bozulması ve faz gecikmesi olarak sıralanabilir. Boru sisteminin özelliklerine göre rezonans frekansı değişmektedir. Frekanslara göre genlik bozulma oranı rezonans frekansına doğru artış gösterirken sonrasında sönümleme eğiliminde olabilir.Frekansa bağlı genlik oranı ve faz gecikmesi, akışkan denklemleri yardımıyla oluşturulmuş özyineleme formülü kullanılarak hazırlanan yazılım ile farklı borulama seçenekleri için hesaplanabilir. Bu hesaplama ile borulama sisteminin girişine uygulanan farklı frekanslardaki sinüzoidal bir basıncın genliğinin sensörde ölçülen değerine oranı elde edilir. Dinamik basınç ölçümlerinde kullanılan borulama sisteminin uzunluğu, iç çapı, özelliklerine ilave olarak ortam sıcaklığı, basıncı gibi çevresel faktörlerin de genlik oranında bozulma üzerine etkisi olduğu görülmüştür.Farklı frekanslarda çalkantılar içeren havanın basınç ölçümünde borulama kaynaklı genlikteki bozulmanın giderilmesi için uygulanan yöntemler bulunmaktadır. Bu yöntemlerden biri; borulama sisteminin uzunluğu boyunca uygun konumda ve borunun çapına oranla daha küçük çapta kısıtlayıcı eklenmesidir. Boru sisteminin ölçülerinin isterleri doğrultusunda, belirli çaptaki kısıtlayıcının uzunluğu ve boru uzunluğu boyunca konumu optimizasyon yazılım sonucundan belirlenmiş ve dinamik basınç üretici ile yapılan deneyler ile sonuçları incelenmiştir.Borulama sistemlerinin basınç ölçümleri sonuçları üzerinde yarattığı bozulmanın incelenmesi ve istenilen seviyeye gelmesi için kullanılan yöntemlerin araştırılmasında dinamik basınç üreteci kullanılmıştır. Tasarımı ve üretimi yapılmış olan dinamik basınç üretecinde, basınç üreteci için hoparlör kullanılması maliyeti düşük ve diğer üreteçlere oranla üretim süresi kısa olan bir çözüm olmasından dolayı tercih edilmiştir. Üreteç, kapalı bir hacimde dairesel kesit içerisinde çok küçük yer değiştirme ile salınan bir diyafram yardımıyla sinüzoidal bir basınç üretimi olarak tanımlanabilir. Üreteç sisteminde hoparlör, sinüzoidal sinyal üreteci ve sinyali güçlendirmek için amplifikatör yardımıyla oluşturulan sinüzoidal basıncın frekansı belirlenen adım değeri ile 10'dan 400 Hz değerine kadar ayarlanmıştır. Farklı uzunluk, çap ve malzemede test edilen borular ve referans bir boru üreteç ile basınç tarayıcısı arasına bağlanmıştır. Referans boru ve test borulama sisteminin farklı frekanslarda sensörde ölçülen genlikleri oranlanarak bozulmanın cevabı aranmıştır. Dynamic pressure measurements are used extensively in areas where the pressure is studied depending on time with the development of sensor technology. One of the areas where dynamic pressure measurements are used and gained importance is wind tunnel tests. In the wind tunnel tests where the wind load on the façades of the buildings, stadiums, skyscrapers and carrier systems are determined, pressure measurements are made depending on time.The test model of the structure is used in the wind tunnel tests where the façade load and structural load created by the wind on the structure are examined. Pressure taps are opened to the regions where dynamic pressure measurement is performed on the model. With the help of standards and scientific studies, the measurement requirements for wind tunnel tests are determined. The frequency and sampling time for the pressure measurement are calculated by similarity relations between the model and prototype. After the parameters such as frequency and sampling time to be used for the tests are determined by general assumptions that are necessary for experimental studies, the measurement system can be selected.Sensors commonly used in dynamic pressure measurements vary according to their application areas. Various parameters play a role in the selection of sensors. Parameters such as the size of the sensor, the type of pressure measurement, the pressure range, the measuring frequency affect the sensor selection. In many experiments, it is necessary to use a system called pressure scanner in the experiments which requires simultaneous measurement. The pressure scanners use piezoresistive sensors based on MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology, which allows high frequency sampling.The small dimensions of the tested model cause the systems used in the pressure measurements to not be inserted into the model. This constraint required a tubing between the point to be measured on the model and the pressure sensor. The distortions on the results of dynamic pressure measurement of flow containing different frequency fluctuations due to different parameters such as length and internal diameter of the tubing system used between the model and the measurement system in the wind tunnel test studies affect the accuracy of the test results.The distortions caused by the tubing system used in dynamic pressure measurements on turbulent pressure at different frequencies can be listed as resonance, amplitude distortion and phase delay. Resonance frequency varies according to the characteristics of the tubing system. The amplitude distortion rate relative to the frequencies may increase towards the resonance frequency, which may then tend to damp.Frequency-dependent amplitude ratio and phase delay can be calculated for different tubing options by using the recursion formula created with the help of fluid equations. With this calculation, the ratio of the amplitude of a sinusoidal pressure at the different frequencies applied to the input of the tubing system to the value measured in the sensor is obtained. In addition to the length, inner diameter and characteristics of the tubing system used in dynamic pressure measurements, environmental factors such as ambient temperature and pressure also had an effect on the amplitude ratio.There are methods for eliminating the distortion of the amplitude caused by tubing in the measurement of pressure of air containing fluctuations at different frequencies. One of these methods is a smaller diameter restrictor is added than the diameter of the tubing along the appropriate position in the length of the tubing system. In accordance with the requirements of the tubing system, the length and position of the restrictor of a certain diameter along the length of the tubes were determined from the optimization software and the results of the experiments with dynamic pressure generator were examined.Dynamic pressure generator was used to investigate the distortions caused by the pressure measurement results of tubing systems and to investigate the methods used to reach the desired level. In the dynamic pressure generator, which was designed and manufactured, the use of loudspeakers for the pressure generator is preferred because it is low cost having short production time compared to other generators. The generator can be defined as the generation of a sinusoidal pressure by means of a diaphragm oscillated by very small displacement in a closed volume in a circular cross-section. In the generator system, the frequency of the sinusoidal pressure generated by the loudspeaker, sinusoidal signal generator and amplifier to amplify the signal is adjusted from 10 to 400 Hz with the determined step value. The tubes tested in different lengths, diameters and materials and a reference tube are connected between the generator and the pressure scanner. The amplitude of the reference tube and test tubing system measured at the sensor at different frequencies was proportional and the response of the distortion was sought.Since the pressure sensor cannot be directly connected to the dynamic pressure generator to investigate the effects of the tested tubing systems, the restrictor determined by optimization in the reference tube is used and the amplitude ratio of the reference tube is very close to 1 between 0-400 Hz.By connecting tubes of equal length to certain ports of the pressure scanner used in the apparatus to test the tubing system, amplitude ratio and phase delays according to the frequency between the ports are measured and presented.The results obtained with the tubing systems with high production precision used in the experiments are consistent with the theory. In the case of tubes with low production precision, when the ± 5% of the diameter is taken, the compatibility with the theory increases. It is seen from the experimental results that the properties of the tube should be known and used with high accuracy in order to calibrate the tubing systems used in dynamic pressure measurements using theory.Measurements were made with 20 different tubing systems in dynamic pressure generator. Experimental results of tubes of different diameters of 0.6 m, 0.8 m and 1.0 m were compared and the diameter, length and effect of the material produced were examined. Reduction of tube diameter and length increases the amplitude ratios according to frequency. In order to reduce the distortion of the frequency amplitude ratio of 0.6 m and 0.8 m tubes, it is seen in the experimental results that the use of restrictors whose properties are determined as a result of optimization with theory is an accurate method.In order to investigate the changes in the amplitude ratios of the tubes of different materials with the same diameter and length, it was concluded that more tubes with high precision production and different materials of the same diameter should be examined experimentally. 85

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2016, Rüzgar tünelleri günümüzde birçok alanda kullanılmaktadır. Bu tezde rüzgar tünellerinin geçmiş tarihte nasıl olduğuna dair araştırmalar yapılmıştır. Rüzgar tüneli türleri ve komponentleri üzerine literatür araştırmaları yapılmış ve komponentlerin tasarlanırken nelere dikkat edilmesi gerektiği araştırılmıştır. EDS Mühendisleri tarafından tasarlanan ve inşa edilen EDS Atmosferik Sınır Tabaka Tüneli, bina aerodinamiği araştırmalarında kullanılmaktadır. Bu tez kapsamında, EDS Rüzgar Tüneli kullanılarak, test odasında daha yüksek hızlara çıkabilen rüzgar tünellerinin tasarlanması amaçlanmıştır. Bu rüzgar tünelleri tasarlanırken, EDS Rüzgar Tüneli’nin fanları ve daralma konisinin kullanılmasına karar verilmiştir. Rüzgar Tüneli konseptinin geçmişi 15. yüzyıla kadar uzanmaktadır. Leonarda Da Vinci’nin görecelik teorisine göre durgun havada hareket eden cisimle, hava akışına karşı duran cisim aynı etkilere maruz kalır. Leonardo Da Vinci aynı zamanda rüzgar hızını ölçen bir anemometre tasarlamıştır. Tasarladığı anemometrede asılı olan bir levha rüzgarın hızı ile hareket edebilmektedir. Levhanın ulaştığı en yüksek noktaya göre rüzgarın hızı/kuvveti ölçülebilmektedir. Rüzgar tünelinin temelleri bu şekilde atılmışken Avrupa ve İngiltere durgun havaya karşı cisimleri hareket ettiren dönen kol düzenekleri tasarlanmış ve araştırmalarda kullanılmıştır. Bu düzeneklerde temel olarak dönebilen bir şaft sistemine bağlı bir kola cisimler takılıp, bu şaft makaralı bir sistemle kendisine bağlı ağırlıklar ile hareket ettirilebilmekte, böylece kola bağlı olan cisim duran havada hareket kaabiliyeti kazanmış olmaktadır. Rüzgar Tünelinin ilk tasarımı ve başarılı testi 19. yüzyılda Francis Wenham tarafından yapılmış olup daha sonra başka bilim adamları tarafından geliştirilmiş ve aerodinamik alanlarınla kullanımı artmıştır. Wright kardeşler 40x40 cm’lik test odasına sahip bir rüzgar tünelini tasarlayıp araştırmalarında kullanmışlardır. Çalışmalarının sonucunda Wright kardeşler tarihteki ilk uçak ile uçuşu gerçekleştirmişlerdir. Üfleyen(blowing) ve açık çevrim(open-circuit) tipindeki bir rüzgar tüneli girişten çıkışına sırasıyla fan, dinlenme odası, daralma konisi, test odası ve difüzörden oluşur. Fandan çıkan türbülanslı akış dinlenme odası içerisindeki balpeteği ve ızgaralar ile az türbülanslı hale getirilir. Dinlenme odasında genellikle bir adet petekli yapı ve birden fazla ızgara bulunur. Akış daha sonra daralma konisinden geçerek hızlanır ve uniformlaşır. Daralma konilerinin daralma oranları genel olarak 4 ve 10 arasındadır. Daralma konisinden çıkan akış test odasına girer. Test odası girişindeki akışın uniformluğu önemlidir ve sağlanması gereken tasarım kriterleri vardır. Test odası girişindeki havanın hızındaki değişimler, ortalama hıza göre en fazla %0,3, hava akışının açısallığı ise en fazla 0.1° olmalıdır. Test odası içerisine ölçüm yapılacak cisim/prototipler yerleştirilir ve gözlemler ve ölçümler bu bölmede yapılır. Test odasından çıkan akış difüzöre yönlendirilir. Difüzörün tasarım amacı kinetik enerjiyi basınç enerjisine çevirmektir. Test odasından çıkan yüksek hızlı akış yavaşlatılarak bu bölmeden havaya bırakılır. Difüzör alan oranları genellikle 5:1 ve 6:1 civarında olup kabul edilebilir açılma açısı 5° ve 7° arasındadır. Yapılan ilk hesaplamalı akışkanlar dinamiği(CFD) çalışmalarında dinlenme odası bir adet petekli yapı ve bir adet ızgara olacak şekilde tasarlanmıştır. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği programı içerisinde petekli yapı ve ızgara için kullanılacak girdiler EDS tarafından daha önce yapılan çalışmalardan alınmıştır. Rüzgar Tüneli girişindeki 6 adet fanın hızları, EDS tarafından daha önce yapılan fan akışkanlar dinamiği sonucundan alınmıştır ve eksenel, radyal ve teğetsel hız profilleri olarak programa girilmiştir. İlk tasarım olarak kullanılan TS-1 tasarımının test odası boyutları 1x2x2 m’den oluşmaktadır. EDS Rüzgar Tüneli’nin daralma konisinden sonra ikinci bir daralma konisi CAD çizim programı kullanılarak simetrik eğrilerle oluşturulmuştur. Bu geometri ile akışkanlar dinamiği için gereken mesh sayısı çalışması, türbülans modeli ve daralma konisi şekli çalışmaları gerçekleştirilmiş olup, karara varılmıştır. Mesh sayısı çalışmaları için 3.9 milyon mesh ile 5.3 milyon mesh karşılaştırılmış ve akışkanlar dinamiği sonuçlarında çok az farklılık olmasından dolayı 3.9 milyon mesh sayısının yeterli olduğu kararına varılmıştır. Aynı şekilde 3.9 milyon meshlik case, iki ayrı türbülans modeli(realizable k-ε ve SST k-ω) kullanılarak simule edilmiştir ve sonuçlar karşılaştırıldığında iki case arasında çok az farklılık olduğu görülmüştür. Türbülans modeli olarak realizable k-ε ile devam edilmeye karar verilmiştir. Basit eğri modeli daralma konisi, literatür araştırmalarında karşılaşılan diğer üç ayrı daralma konisi şekilleri ile birlikte karşılaştırılmıştır. Diğer koni şekilleri 3’üncü, 5’inci ve 7’inci dereceden polinom denkleminden oluşmaktadır. Daralma konileri karşılaştırılırken, seçme kriteri olarak, test odası girişindeki akışın kalitesi(akışın uniformluğu ve açısallığı) göz önünde bulundurulmuştur. Sonuçlar incelendiğinde, 4 ayrı daralma konisi şeklinden en iyi sonuçları 7’inci derecedeki polinom şeklinin verdiği sonucuna varılmıştır. Yine de test odası girişindeki akışın kalitesinin daha da arttırılması gerektiği düşünülmüştür ve bu amaçla dinlenme odasına ikinci bir ızgara konulmasına karar verilmiştir. TS-1, TS-2 ve TS-3 tasarımlarının difüzörsüz ve dinlenme odasına yerleştirilen ikinci bir ızgara ile hesaplamalı akışkanlar dinamiği simulasyonları yapılmıştır. TS-2 tasarımının test odası boyutları 0,75x2x2 m, TS-3 tasarımın test boyutları da 1,5x2x2 m’dir. Sonuçlar incelenirken test odası girişindeki akışın kalitesi göz önünde bulundurulmuştur. En iyi sonuçlar TS-2 tasarımı için elde edilmiştir. TS-2 tasarımının test odası girişindeki eksenel akış hızının ortalama akış hızına göre maksimum değişimi bazı bölgeler gözardı edildiğinde %0,3’dür. Akışın maksimum geliş açısı ise yine bazı bölgeler gözardı edildiğinde 0.55°’dir. TS-1 için elde edilen sonuçlara test odası girişindeki eksenel akış hızının ortalamaya göre maksimum değişimi %0,8’dir ve akışın maksimum geliş açısı ise 1° olarak elde edilmiştir. TS-3 tasarımı ise en kullanışsız sonuçları vermiştir. Test odası girişindeki eksenel akış hızının ortalama hıza göre maksimum değişimi %2,5 ve akışın açısallığı maksimum 1,2° olarak elde edilmiştir. TS-1, TS-2 ve TS-3 tasarımlarının difüzör ile birlikte komple rüzgar tüneli akışkanlar dinamiği analizleri yapılmıştır. Tüm “case”ler 4,4 milyon mesh hücresine ulaşmıştır. TS-1 için tasarlanan difüzör 3,38° açılma yarı açısına ve 2,44 difüzör oranına sahiptir. TS-2 için tasarlanan difüzör 4,31° açılma yarı açısına ve 3,25 difüzör oranına sahiptir. TS-3 için tasarlanan difüzör 2,4° açılma yarı açısına sahiptir ve difüzör oranı 1,63’tür. Rüzgar tüneli komponentlerindeki basınç kayıpları göz önünde bulundurulduğunda en yüksek basınç kaybı dinlenme odasında ve daha sonra difüzörde oluşmaktadır. Difüzörlerde açılma açısı büyüdükçe basınç kayıpları artmaktadır. Aynı şekilde daralma konisinde de daralma açısı arttıkça basınç kayıpları artmaktadır. Gerçekleştirilen analiz sonuçlarına göre tüm rüzgar tüneli için toplam basınç kaybı en dar test odası boyutları sahip olan TS-2 için 581 Pascal, TS-1 için 495 Pascal ve TS-3 için 444 Pascal olarak elde edilmiştir. Sonuç olarak EDS Rüzgar Tünelinde kullanmak amacı ile üç farklı test odası boyutuna göre gerçekleştirlen tasarımlar akışkanlar dinamiği analizi yardımıyla incelenmiştir. EDS Rüzgar Tüneline ait 6 adet fan, dinlenme odası ve ilk daralma konisi olduğu gibi kullanılacaktır. İkinci daralma konisinin şekli akışkanlar dinamiği analizleri sonucunda test odası girişindeki akışın kalitesine göre karar verilmiştir. Fanlara ait teğetsel hızların yüksek olması akışın dinlenme odasında bir palpeteği ve iki adet ızgara kullanılmasına rağmen akışın düzeltilmesini zorlaştırmıştır. Tüm hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizlerinden elde edilen sonuçlara göre daralma oranının yüksek olduğu rüzgar tünellerinde test odası girişindeki akışın kalitesi daha iyi olarak elde edilmiştir ancak bu sefer de toplam basınç kayıpları artmaktadır. Bu yüzden optimum bir daralma oranı seçilerek, gereken sınırlar içerisinde kalınabilir. TS-1 ve TS-2 tasarımları iyi sonuçlar verdiğinden, EDS Rüzgar tünelinin yüksek hızlı rüzgar tüneline dönüştürülmesinde kullanılabilirler. Yeni tasarımlar oluşturulurken, EDS rüzgar tünelinin içerisine büyük köpük malzemelerden kesilen kalıplar yerleştirilebilir. Böylece arzu edildiğinde kolayca EDS Rüzgar Tünelinin eski geometrisine dönülebilinir. Oluşturulan rüzgar tünelindeki keskin köşelerin yuvarlanılması da türbülansın azalmasına yardımcı olacaktır. Bu tezde rüzgar tünelleri tasarlanmış ve kullanıma uygun olan geometrilen kararlaştırılmıştır. Gelecek çalışmalarda bu tasarımların hayata geçirilmesi ve gerçekleştirilebilecek testlerle de bu çalışmanın validasyonu yapılabilir., In this thesis, wind tunnel design and requirements are investigated in further and CFD simulations are carried out for different designs. EDS Atmospheric Boundary Layer Wind Tunnel is designed and constructed by EDS Engineers and it is currently being used in order to measure wind forces on buildings. The purpose of this thesis is adapt EDS Wind Tunnel into a wind tunnel with a higher velocity profile in the test section, using the fans and the current contraction design. Three different test section dimensions are considered and investigated with this thesis. First test section(TS-1) dimensions are decided as 1x2x2 meters. A second contraction is added right after the EDS Wind Tunnel’s contraction. Second contraction for TS-1 design is generated using basic splines with a CAD program. First simulations for TS-1 consisted of mesh independency study, turbulence model comparison and contraction shape comparison and desicion. Mesh independency study was carried out with a coarse mesh of 3.9 million cell count and a fine mesh of 5.3 million cell count and the results showed that 3.9 mesh was enough to get stable CFD results. Turbulence model comparison was carried out between the most appropriate two models; k-ε and k-ω models and results showed that two models gave very similar results and it is decided to use k-ε for further simulations because it is more appropriate for swirling flows. Three other contraction shapes (3rd order, 5th order and 7th order polynomial) investigations are added to simple spline design and all four contraction shapes are compared with eachother depending on the CFD simulation results. Selection criteria was the test section inlet flow quality; uniformity and angularity of the flow. Results showed that 7th order polynomial shaped contraction supplied the best flow quality but the flow quality was still not enough for a wind tunnel test section so it is decided to insert a second screen in the settling chamber. CFD simulations are carried out for the three test section designs TS-1(1x2x2 m), TS-2(0.75x2x2 m) and TS-3(1.5x2x2 m) designs without the diffuser section. Results showed that TS-2 design gave the best test section inlet flow quality results. TS-1 design test section inlet flow quality results were in the allowable range. TS-3 gave the worst results because of the low contraction ratio and were not appropriate for a wind tunnel. Full CFD simulations are also carried out for the three designs in order to compare pressure losses in the components of the each tunnel. Results showed that TS-3 design had the lowest pressure losses and TS-2 had the highest pressure losses. The narrower the test section dimensions got, the higher the pressure losses became. Good flow quality results at the test section inlet are achieved for TS-1 and TS-2 designs. It is also decided that blowing type wind tunnels are highly turbulent and settling chamber and contractions might not be enough to reduce turbulence levels., Yüksek Lisans, M.Sc.

Gerek Türkiye'de düşük sıcaklıklı atık ısı kaynaklarından enerji geri dönüşümü sağlayan sistemlerin çok az sayıda olması, gerek kurulu sistemlerin yurt dışı menşeili olması, bu alanda ulusal ar-ge çalışmalarının gerekliliğini göstermektedir. Bu nedenle, bu çalışma sonucunda ORÇ sistemlerinin araştırma ve geliştirme safhalarına katkı sağlayabilecek çıktılara ulaşılması hedeflenmiştir.Bu çalışmada, öncelikli olarak buharlı güç sistemleri ve bu sistemler için ideal çevrim olan Rankine çevrimine dair teorik bilgilere ulaşılmıştır. Rankine çevrim hesaplamalarında kullanılan denklemler derlenerek termodinamik çevrim tasarımı için alt yapı oluşturulmuştur. ORÇ güç sistemlerinin sınıflandırma yöntemleri incelenmiş,uygulama alanlarının anlaşılması için ısıl enerji kaynakları hakkında bilgi edinilmiştir.ORÇ teknolojisi ve sistemde kullanılan komponentlere dair çok ayrıntılı olmayan kısa bir araştırma gerçekleştirilmiştir. Bu araştırmada çevrim yapısının verimliliğe etkisi, çalışma akışkanı seçim kriterleri, ısı değiştiriciler ve döner ekipmanlar incelenmiştir.Genel ORÇ sistemleri literatür araştırmasında son olarak kurulu sistemlerin verilerine ulaşılmıştır. Türkiye'de kurulu sistemlerin verileri derlenerek tablo halinde sunulmuştur. Bu analiz sonucunda, ulusal ihtiyaç ortaya çıkmış ve çalışma hedefi pekiştirilmiştir. Literatür araştırmasının son kısmında ise çalışmanın asıl ilgi alanı olan, ORÇ sistemlerinde kullanılan genişleticiler incelenmiştir. Bu incelemede, küçük ORÇ sistemleri için çoğunlukla, basit yapıları ve düşük maliyetli olmalarından dolayı pozitif yer değiştirmeli genişleticilerin, daha yüksek güç kapasiteli ORÇ sistemlerinde ise turbo-genişleticilerin tercih edildiği gözlenmiştir. Kurulu ORÇ sistemlerinde kullanılan genişleticiler araştırılmıştır. 20 kW güç kapasitesine kadar pozitif yer değiştirmeli genişleticilerin tercih edildiği, 20 kW ile 110 kW arasında hem pozitif yer değiştirmeli (özellikle vidalı genişletici) hem de turbo-genişleticilerin tercih edildiği, 110 kW üstünde ise yalnızca turbo-genişleticilerin çözüm olarak sunulduğu sonucuna varılmıştır. Genişleticileri tanıyabilmek için, tüm çeşitlerin yapıları, çalışmaprensipleri, güç kapasiteleri, avantaj ve dezavantajları üzerine araştırma gerçekleştirilmiştir. Literatür araştırmasında elde edilen bilgiler ile sistem tasarım hedefleri oluşturulmuştur. İlk olarak sistem güç kapasitesinin 100 kW, ısıl veriminin ise en az %15 olması hedeflenmiştir. Kaynak sıcaklık aralığının 80-200 oC olmasının belirlenmesinin ardından, bu sıcaklık aralığında çalışabilecek akışkanlar araştırılmış,akışkan seçim kriterleri (kritik ve maksimum sıcaklık- basınç değerleri, özgül ısıları,moleküler ağırlıkları, güvenlik seviyeleri, ozon tabakasına zarar verme ve küresel ısınmaya katkı seviyeleri) göz önüne alınarak, verimliliği en yüksek olacak akışkanınR245fa olduğu sonucuna varılmıştır. Akışkan seçiminin ardından çevrim yapısı belirlenmiştir. Yoğuşturucu (kondenser) önündeki yüksek sıcaklığın düşürülerek soğutmada harcanan gücün azaltılmasının hem sistem verimini arttıracağı hem de sistem hacmini küçülteceği düşüncesi ile çevrimde ara ısı değiştirici kullanılmasına karar verilmiştir. Pompa verimliliği, sisteme uygun pompa seçimi gerçekleştirileceği varsayılarak, %70 olarak belirlenmiştir. Genişletici olarak, hedeflenen güç kapasitesine uygun ve düşük devir sayılarında verimli çalışabilen radyal çıkışlı türbin seçilmiştir. Seçilen türbinin veriminin en az %70 olması hedeflenmiştir. Son olarak,sistemde su soğutmalı kondenser kullanılması ve suyun sıcaklığı 28 oC alınarak tasarım yapılması kararı verilmiştir.Termodinamik çevrim tasarımı için gerekli girdi parametrelerinin (evaporatör basıncı,kondenser basıncı, türbin giriş sıcaklığı) belirlenmesi için çalışma akışkanı olarak seçilen R245fa'nın farklı çalışma koşullarındaki ısıl verimliliği analiz edilmiştir.Türbin giriş sıcaklığı, türbin verimini doğrudan etkilediği için, akışkanın çıkabildiğimaksimum değer olan 166,85 oC seçilmiştir. Bu değerde farklı basınçlarda yapılan analizler sonucu, en yüksek verimliliği veren ve kritik seviyeyi aşmayan evaporatör basınç değeri 31 bar olarak belirlenmiştir. Yoğuşma basıncı düştükçe yoğuşma sıcaklığı da düştüğü için ısıl kapasite ve dolayısıyla hacim azaldığından, kondenser basıncının olabildiğince düşük olmasına özen gösterilmiştir. Basınç belirlenirken, kondenser giriş sıcaklığının soğutma suyunun giriş sıcaklığının altına düşmemesine dikkat edilmiştir. Sonuç olarak kondenser basıncı 2 bar olarak belirlenmiştir.Çevrim tasarım hesapları, sanayi-üniversite işbirliği içerisinde gerçekleştirilen bir ORÇ sistemi tasarımı ve imalatı projesi kapsamında hazırlanmış olan bir bilgisayar kodu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Termodinamik çevrim analizi sonucunda, 2,713 kg/s akışkan debisi ile %16,118 verimle 100 kW güç üreten bir sistem tasarlanmıştır.Tasarım çıktısı olarak, giriş çıkış istasyonlarındaki basınç, sıcaklık ve entalpi değerlerive komponentlerin (evaporatör, kondenser, reküperatör ve pompa) güç kapasiteleri belirlenmiştir.Genişletici olarak seçilen radyal çıkışlı türbin tasarımından önce bu tip türbinlerin geometrik yapısı incelenmiştir. Yapılan araştırma sonucunda, radyal çıkışlı türbin tasarımının, özellikle ORC türbinleri için geliştirilmiş olan zTurbo yazılımı ile gerçekleştirilmesine karar verilmiştir. zTurbo yazılımının yapısı incelenmiş, girdi parametreleri için tahmini değer aralıkları literatür araştırması ile belirlenmiştir. Ek olarak, tasarımda kullanılacak kayıp korelasyonu seçimi için literatürdeki çalışmalar incelenmiştir. Bu çalışmalarda, Craig&Cox korelasyonunun uç kayıplarını yeterince iyi tahmin edemediğini, Traupel korelasyonunun ise analiz değerlerinden daha yüksek ama Craig&Cox'a göre daha yakın tahmin edebildiği gözlenmiştir. Toplam kayıp tahmininde de Traupel'in analiz değerlerine daha yakın değerler sağladığıgözlenmiştir. Bu nedenle tasarımda Traupel kayıp korelasyonunun uygulanmasına karar verilmiştir. zTurbo yazılımı ile ön tasarım denemeleri gerçekleştirilmiştir. Farklı girdi verileri ve kayıp korelasyonları ile birçok deneme yapılmış, çıktı verilerinde öncelikle verim daha sonra geometri değerlerine dikkat edilmiştir. Hedef doğrultusunda gerçekleştirilen ön tasarım deneme çalışmalarında, farklı değerlerdeki girdilerin çıktılara etkisi ayrıntılarıyla incelenmiştir. Dört kademeli türbin tasarım denemelerinde, kademelerin farklı genişleme oranlarına sahip olmalarındın performansı arttırdığı özlenmiştir. Kademelerin reaksiyon dereceleri 0,5 civarında tutulmuştur. Türbin devir hızı en iyi verimi sağlayacak şekilde gerçekleştirilen tasarım denemeleri sonucu belirlenmiştir. Kanat uç açıklıkları ve firar kenarı kalınlığı için, mekanik titreşim ve imal edilebilirlik kriterleri göz önüne alınarak minumum değerler seçilmiştir. Stator rotor arası mesafe küçük seçilirken, iki kademe arası mesafe bu değerin yaklaşık iki katı seçilmiştir. Akışkan yoğunluğunun azalması nedeniyle, hızın süpersonik hızlara çıkmaması için akış alanının artması, dolayısıyla kanat yüksekliğinin artması beklenir. Bu nedenle ilk kademe yüksekliği ve çapı tasarım denemeleri sonucunda belirlenmiştir. Veter uzunlukları, ilk kademe hariç, imalat kolaylığı açısından eşit seçilmiştir. Tasarım denemelerinde dikkat edilen bir diğer hususta kanat geometri açılarıdır. Hız üçgenlerindeki açıları kontrol altında tutabilmek için kanat geometri açılarının giderek artan bir profilde olması sağlanmıştır. Tasarım sonuçları (giriş-çıkış çapları ve açıları, kamburluk hattı uzunluğu) ile üç kontrol noktası belirlenmiş ve bu noktalar kullanarak NURBS eğrisi ile kamburluk hatları oluşturulmuştur. Tasarım denemeleri sonucu oluşturulan kamburluk hatları akış pasajı ve dinamiği düşünülerek yorumlanmış ve tatmin edici geometrinin kanat tasarımının yapılması karar alınmıştır. Kanat geometrisinin oluşturmada NACA A3K7 kanat profili kullanılmıştır. Belirlenen kamburluk hattı üzerinde kalınlık verilecek noktalar belirlenmiş, imal edilebilirlik unsuru ve iki kanat arası uzaklık göz önüne alınarak kalınlık oranları belirlenmiştir. Gerek görülen kademelerde kademe sayıları revize edilmiştir. Tasarım denemeleri sonucunda, %79.5 verim ile 122.77 kW mekanik enerji üreten bir radyal çıkışlı türbin ön tasraımı gerçekleştirilmiştir. Atmospheric greenhouse gas is increasing day by day with the increase of world population and consumption. Energy consumption has the largest share in greenhouse gas emissions released to the atmosphere. According to the energy consumption data,the energy consumption in the industrial area is in the first place. In recent years, some efficiency enhancing components and processes have been incorporated into the operating process in order to reduce industrial energy consumption, but the waste heat released to the atmosphere can not be avoided. Inevitable waste heat losses can be utilised with energy conversion technologies. With the ORC (Organic Rankine Cycle)systems, one of the heat recycling technologies, energy efficiency can be increased by turning wasted heat energy into electric energy.Thanks to the organic fluids used in ORC systems, low volume and low cost systems enable energy recycling even at low temperatures. In addition, ORC systems arereliable, environmentally friendly and easy to maintain. These advantages make ORC systems one of the best solutions for energy recycling of industrial waste heat. In order to reduce energy consumption, it is necessary to increase the environmentally friendly energy recycling systems in the industrial area.The fact that there are very few systems that provide energy recycling from low temperature waste heat sources in Turkey and the fact that the installed systems are of foreign origin, this field shows the necessity of national research and development. For this reason, it is aimed to reach the output which can contribute to the research and development phases of the ORC systems as a result of this study.In this work, the theoretical knowledge about the steam power systems and Rankine cycle, which is the ideal cycle for these systems, is reached firstly. Equations used in Rankine cycle calculations were compiled and infrastructure for thermodynamic cycledesign was established. Classification methods of ORC power systems have been examined and information about thermal energy sources has been obtained for understanding application areas. A brief, non-exhaustive survey of ORC technology and the components used in the system has been carried out. In this research, efficiency of cycle structure, working fluid selection criteria, heat exchangers and rotary equipments are examined. In the literature review of the general ORC systems, the data of the installed systems are finally obtained. The data of the systems established in Turkey are compiled and presented in tabular form. As a result of this analysis, the national need is exposed and the working goal is reinforced. In the last part of the literature review, expanders used in ORC systems, which is the main interest of the study, have been examined. It has been observed in this review that positive displacement expanders are often preferred for small ORC systems because of their simplicity and low cost, while turboexpanders are preferred over higher power ORC systems. Expanders used in the installed ORC systems have been researched and following results are observed:- Positive displacement expanders are preferred below 20 kW power capacity,- Both positive displacement (especially screw extender) and turbo expanders arebeing preferred between 20 kW and 110 kW ,- While turbo expanders are only available as solutions above 110 kW.In order to have a better understanding of the expanders, research has been carried outon the construction of all varieties, working principles, power capacities, advantagesand disadvantages. System design goals were established with the information obtained in the literature survey. Firstly, it is aimed that the system power capacity is 100 kW and the thermal efficiency is at least 15%. After determining the source temperature range to be 80-200 oC, the fluids that can work in this temperature range were investigated and the fluid selection criteria (critical and maximum temperaturepressure values, specific heat, molecular weights, safety levels, ozone depletion and global warming levels) , Resulting in the highest efficiency fluid being R245fa. After the fluid selection, the cycle structure was determined. By decreasing the high temperature in front of the condenser the power consumed in cooling is reduced. This increase the efficiency of the system and decrease the system volume. That is why the use of a recuperator is decided. Pump efficiency was set at 70%, assuming that the pump selection would be made appropriate for the system. As an expander, a radialoutflow turbine suitable for the targeted power capacity and capable of working efficiently at low speeds has been chosen. It is targeted that the efficiency of the selected turbine is at least 70%. Finally, it was decided to design the system by using water-cooled condenser with water temperature 28 oC.The thermal efficiency of R245fa, selected as the working fluid for the determination of the input parameters (evaporator pressure, condenser pressure, turbine inlet temperature) required for thermodynamic cycle design, was analyzed. Since the turbine inlet temperature directly affects the turbine efficiency, the maximum value 166,85 oC that the fluid can reach is selected. Analyzes made at different pressures at this value yielded the highest efficiency and the evaporator pressure value not exceeding the critical level was set at 31 bar. Care has been taken to ensure that the condenser pressure is as low as possible since the thermal capacity and therefore the volume is reduced as the condensation pressure drops as the condensation temperature also drops. When the pressure is determined, it is noted that the condenser inlet temperature does not fall below the inlet temperature of the coolant. As a result, the condenser pressure was set at 2 bar. The cycle design calculations were carried out using a computer code prepared within the scope of an ORC system design and manufacturing project carried out in university and industry collaboration. As a result of the thermodynamic cycle analysis, a system that produces 100 kW power with an efficiency of 16,118% was designed with 2,713 kg / s fluid flow. As a design output, the power capacities of the components of the pressure, temperature and enthalpy in the inlet and outlet stations (evaporator, condenser, recuperator and pump) are determined. Before the design of radial outflow tubine, the geometric structure of such turbines have been investigated. As a result of the research, it was decided to implement the radial outflow turbine design with zTurbo software especially developed fr ORC turbines. The structure of the zTurbo software is examined and the estimated value ranges for the input parameters are determined by literature search. In addition, studies in the literature have been examined to select the loss correlation to be used in design. In these studies, it was observed that Craig & Cox correlations can not predict the tip losses sufficiently, Traupel correlation is higher than the analytical values but still Treupel estimates yield more closely to the analysis than Craig & Cox correlation. It is also observed that Traupel provides values closer to the analysis values related to the total loss estimates.For this reason, it was decided to apply Traupel loss correlation in the design. Preliminary design experiments were carried out with zTurbo software. Severalexperiments have been made with different input data and loss correlations. In the preliminary design trial studies carried out for target design, the output effects of theinputs in different values are examined in detail. In four-stage turbine design experiments, it has been observed that the stages have increased performance due totheir different expansion rates. The reaction degree of the stages are kept around 0.5.Turbine rotation speed has been determined as the end result of the design experimentscarried out to provide the best efficiency. For blade clearences and trailing edge thickness, the minumum values were chosen taking into account mechanical vibration and manufacturability criteria. While the distance between the stator and rotor is small, the distance between the two stages is chosen to be about twice this value. Due to the decrease in fluid density, the flow area is expected to increase so that the speed does not rise to supersonic speeds, and therefore the height of the blades are expected to increase. For this reason, the first stage height and diameter were determined as a resultof design experiments. Chord lengths were chosen equally in terms of ease of manufacture, with the exception of the first stage. Another important consideration in design experiments is the angles of the blade geometry. In order to keep the angles in the velocity triangles under control, it is ensured that the angles of the blade geometry consecutively increase. Three control points were determined by design results inputoutput diameters and angles, camber line length), and by using these points, lines of curvature were formed by NURBS curves. While desigining the camberline, flow path and flow dynamics have been taken into consideration, as a result, it has been decided to design the wing of the satisfactory geometry. The NACA A3K7 blade profile was used to construct the geometry. Thickness points were determined on the camber line and tangentially extruded to form the thickness taken into account the manufacturability and the distance ratios were determined considering the manufacturability factor and the distance between consecutive blades. Whenconsidered necessary, the required number of stages have been revised. As a result of the design studies, preliminary design of a radial output turbine which produced 122.77 kW mechanical energy with an efficiency of 79.5% was carried out. 91