Effect of heat leakage on the optimal performance of a twin-spool turbofan engine

Literatürde yer alan çalışmalarda genellikle güç üretimi için kullanılan durağan ısıl sistemlerin veya havacılık haricindeki motorlu taşıtların güç üretim sistemlerinin verimliliği, optimizasyonu ve performansının arttırılması konularına odaklanıldığı görülmektedir. Bu tez çalışmasında, bir eş merkezli çift milli turbofan uçak motorunun optimal performansına, ısı kayıplarının etkisini incelemeye odaklanılmış olup çalışma, enerji ve ekserjiye dayalı bir termodinamik çevrim analizidir. Bu turbofan motorunun performansına etkilerinin belirlenebilmesi amacıyla, çalışmada dört farklı tasarım parametresi seçilmiştir. Bunlar toplam kompresör basınç oranı, fan basınç oranı, tali hava akışında kütlesel debi oranı ve maksimum türbin giriş sıcaklığıdır. Seçilen performans göstergeleri ekolojik performans katsayısı, turbofan motorunun toplam verimi, ekserji yıkım faktörü, özgül yakıt tüketimi, özgül itme kuvveti, ve toplam entropi üretim hızı olarak sıralanabilir. Bu tez çalışmasında iki farklı ısı kaybı tanımlanmış olup, birincisi yanma odası içerisinde yüksek sıcaklıkta gerçekleşen yanma esnasında, yanma odasından dışından geçen tali hava akımına olan ısı kaybı, ikincisi ise, tali hava akımından motorun dışındaki soğuk atmosferik havaya olan ısı kaybıdır. Sonuç olarak, birinci ısı kaybının etkisinin ikinci ısı kaybına göre daha önemli olduğu, ısı kaybı etkisinin lineer olmadığı ve ısı kaybının tasarım parametrelerinin optimum değerlerini etkilediği belirlenmiştir. Daha önemlisi, birinci ısı kaybının Termodinamiğin İkinci Yasası'na dayalı performans göstergeleri üzerindeki etkisinin, Termodinamiğin Birinci Yasası'na dayalı performans göstergeleri üzerindeki etkisine nazaran çok daha fazla olduğu belirlenmiştir. Bunun sebebinin yanma odasından gerçekleşen ısı kaybının oldukça tersinmez olması dolayısıyla entropi üretim hızı ve ekserji yıkım hızının oldukça fazla olmasıdır.