Performance investigation of dual miller cycle – organic rankine cycle combined plant for marine applications

Dünya ticaret mallarının yaklaşık % 90' ı deniz ulaştırma sistemi ile taşındığı için, deniz taşımacılığı, mevcut dünya ekonomisinin önemli bir parçasıdır. Bu günlük yaşamımızda eşsiz bir öneme sahiptir. Deniz taşımacılığı sistemi en ucuz ve güvenilir olduğu taşıma sistemidir. Fakat, sürekli artan petrol fiyatları ve IMO tarafından gemi egzoz emisyonlarına getirilen kısıtlamalar, ana makinenin termal verimliliğini ve doğaya zararlı egzoz gazlarının sınırlandırılması konusunda gemi endüstrisi üzerinde baskı oluşturmaktadır.Bu tezde, bu nedenle deniz uygulamalarına odaklanmış kombine Dual- Miller Çevrimi ve Organik Rankine çevrimi ile atık ısı geri kazanılarak hem egzoz emisyonları hem verimlilik için uygun koşulların incelenmesi için bir adım atılacaktır. Bu tez, Dual Mıller- Organik Rankine Çevrimi kombinasyonlarının termo- ekolojık etkinliğini optimize etmenin bir yolunu incelemiştir. Dual Miller çevrimi - Organik Rankin Çevrimi kombinasyonları için etkili ekolojik güç yoğunluğu (EFECPOD) adı verilen yeni geliştirilen bir performans analizi kriteri uygulanmiştir.Organik Rankine Çevrimi'nde uygun karakterlere sahip üç farklı tipte iş akışkanı kullanılmıştır. Dual Miller Çevrimi ve Dual Miller Çevrimi - Organik Rankine Çevrimi konfigürasyonları için etkin verim, etkin güç, , exerji yıkımı, etkin güç yoğunluğu, ekolojik performans katsayısı ve ekserjetik verim incelenmiştir. Emisyon konfigürasyonları ve Motorun fiziksel yönü, sırasıyla çevrim sıcaklığı ve yanma odası hacmi (süpürme hacmi) ile ilişkilidir. Ek olarak, süpürme hacmi motorun parasal değeri ile de ilişkilidir, bu nedenle bu araştırma altındaki sistem çok amaçlı optimizasyonlar için önem taşımaktadır. Dual Miller çevrimi - Organik Rankine çevrimi kombine tesisinin performans incelemesi Engineering Equations Solver (EES) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. çevrim sıcak oranı, çevrim basınç oranı, motor hızı, silindir boyutları, eşdeğerlik oranı gibi motor işletme ve tasarım parametrelerinin etkili ekolojik güç yoğunluğu (EFECPOD), etkin güç, etkin güç yoğunluğu, ekolojik performans katsayısı, exerji yıkımı ve ekserjetik verim üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu incelemenin sonuçları, termo-ekolojik fizibilite bakımından motor tasarım ve işletme parametrelerinin optimum değerlerini göstermiştir, bu da azot oksitler gibi zararlı gemi emisyonlarını azaltır. Shipping is an essential part of current world economy as almost 90% of world trade commodities are transported by sea transport system. It has unparalleled significance on our daily life. Shipping provides the cheapest and reliable mode of transport. However, the unstable and ever-increasing fuel prices and the restrictions put on hazardous ship emissions by IMO are creating pressure on the shipping industry, so as to increase the main engine's thermal efficiency and to limit the ecologically hazardous ship's exhaust emissions. Therefore, in this thesis, a step is taken to examine a way of optimum conditions for both efficiency and exhaust emissions by introducing a combined plant of Dual Miller Cycle engine and Organic Rankine Cycle type waste heat recovery focused on marine applications. This thesis has examined a way of optimizing the thermo-ecologic effectiveness of Dual Miller – Organic Rankine Cycle combinations. A recently developed performance analysis criterion called effective ecological power density (EFECPOD) is applied for the Dual Miller Cycle – Organic Rankine Cycle combinations. Three different types of working fluids with appropriate characters are used in the Organic Rankine Cycle. Effective efficiency, effective power, exergy destruction, effective power density, ecological coefficient of performance and exergetic efficiency are investigated for both Dual Miller Cycle and Dual Miller Cycle – Organic Rankine Cycle configuration. Emission's configurations and engine's physical orientation are associated with cycle temperature and combustion chamber volume (swept volume) respectively. In addition, the swept volume is associated to the monetary value of the engine, for this reason the system under this investigation has importance for multipurpose optimizations. Performance investigation of Dual Miller Cycle Engine – Organic Rankine Cycle combined plant is carried out using the Engineering Equations Solver (EES). The impacts of engine design and working parameters such as cycle temperature ratio, cycle pressure ratio, engine speed, cylinder dimensions and equivalence ratio on the effective ecological power density (EFECPOD), effective efficiency, effective power density, ecological coefficient of performance, exergy destruction and exergetic efficiency are investigated. The results of this examination have shown optimum values of the engine design and operating parameters in terms of thermo-ecological feasibility which also reduces harmful ship emissions like nitrous oxides. 109