Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları

• 1
• 1

• MakaleAçık Erişim2026Scopus SJRQ1/r/bayburt/12676
  Exergy and DFT-Based Thermodynamic Analysis of a Rankine–VCR Marine Waste Heat Recovery System

  Keven, Arzu; Akçay, Enes; Gümüş, Hacer

  This study investigates the performance of a diesel engine exhaust gas-driven Rankine Cycle-supported vapor compression refrigeration system using quantum chemical approaches beyond conventional thermodynamic analyses. The study focuses on R448A and its components, namely R32, R125, R134a, R1234yf, and R1234ze(E), evaluated at both the system level and the molecular level. At the system level, the Rankine–VCR system was analyzed using a Fortran-based macroscopic thermodynamic model, in which the thermophysical properties of the working fluids were obtained from the NIST Chemistry WebBook. At the molecular level, Density Functional Theory (DFT) calculations were performed to determine molecular structure parameters, including entropy, heat capacity, chemical hardness, and thermal enthalpy correction. The main objective is to investigate the possible relationships between these molecular descriptors and system-level performance indicators, while considering that mass flow rate is primarily governed by cycle thermodynamic properties. The results show that molecular stability and structural order are strongly associated with system performance. Among the R448A components, R32, with the highest chemical hardness (8.19 eV) and lowest molecular entropy (58.9 cal/mol K), exhibits the most favorable exergetic behavior and achieves the highest plant exergy efficiency of 44.92%. In contrast, R1234ze(E), chemically softer (η = 4.42 Ev) and higher in entropy, exhibits the lowest performance. Additionally, R32’s lower thermal enthalpy correction is associated with higher latent heat of vaporization under the selected operating conditions, reducing the required mass flow by approximately 60–70% compared to the other components. This study demonstrates that, in refrigerant selection, not only the global warming potential (GWP) but also quantum parameters such as chemical hardness, molecular entropy, heat capacity, and thermal enthalpy correction can serve as important complementary performance indicators when interpreted together with macroscopic thermodynamic and exergetic results.

  • 
  • 
  İncele
• Yüksek Lisans TeziAçık Erişim2025/r/bayburt/16848
  Katı yakıtlı kombine çevrimlerin performans ve ekserji analizi

  Enes Akçay

  Dünyada enerji ihtiyacı uluslararası düzeyde önemli bir yer kaplamaktadır. Artan sanayileşme, teknolojinin hızla gelişmesi enerji ihtiyacınıda her geçen gün arttırmaktadır. Dünya üzerindeki enerji kaynaklarının tükenebilir olması yüksek verimlilikle kaynakların kullanımını ön plana çıkartmaktadır. Yapılan bu çalışmada yüksek ısıl enerjiye sahip GT-MHR tip nükleer santralin performans ve ekserji analizi NIST Kimya kitabında modellenerek yapılmıştır. GT-MHR, bir yandan Brayton çevrimi ile helyum gazını kullanarak elektrik üretirken, diğer yandan sistemin atık ısısını Rankine çevrimi ile değerlendiren bir yapı sunmuştur. Brayton çevrimi, helyum gazının reaktör çekirdeğinde yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılmasını, ardından bir gaz türbini yardımıyla mekanik enerjiye dönüştürülmesini sağlar. GT-MHR'nin tasarımında yer alan bu hibrit yapı, nükleer ve yenilenebilir enerji kaynaklarının bir arada kullanımına olanak tanır. Yaklaşık 14.000 - 16.000 kPa aralığında ekserji veriminin maksimum seviyeye ulaştığı belirlenmiştir. Bu noktada sistemin ekserji kayıpları en düşük seviyeye yaklaşmakta ve bileşenler en ideal çalışma koşullarına erişmektedir. Eğer sistem bu aralığın altında veya üstünde çalıştırılırsa, toplam ekserji verimi azalacaktır. Dolayısıyla, optimum çalışma koşullarını sağlamak için kompresör basıncının dikkatli bir şekilde belirlenmesi gerekmektedir. Kompresör basıncı 12.000 kPa basınç seviyesinde iken 570.000 kW civarında olan net iş üretimi, 22.000 kPa seviyesinde yaklaşık 535.000 kW'a kadar düşmektedir. Bu eğilim, kompresör basıncının artırılmasının sistemin toplam iş üretimi üzerinde olumsuz bir etkisi olduğunu göstermektedir. Başlangıçta pompa basıncı 500 kPa'da yaklaşık 0,745 (%74,5) seviyesinde olan ekserji verimi, 1000 kPa basınç seviyesinde %75,1'e kadar yükselmektedir. 500 kPa seviyesindeki pompa basıncı yaklaşık 532.000 kW olan net iş üretirken, 1000 kPa seviyesinde 560.000 kW'a kadar çıkmaktadır. Böylece, GT-MHR hem yüksek verimliliği hem de çevresel sürdürülebilirliği bir araya getirerek geleceğin enerji teknolojilerine öncülük etmektedir.

  İncele