Off-design performance of micro-scale solar Brayton cycle

Bu tezde, mikro ölçekli, yalnızca güneş enerjili olan bir Brayton çevrimi tasarlamak ve tasarım noktası ve dışındaki performansını değerlendirmek için yeni bir yöntem sunulmaktadır. Yöntem ile belirli bir aralıktaki güneş ışınımı seviyesi içinde, altı farklı termodinamik tasarım oluşturmak ve değerlendirmek için uygulanır. Tüm santral tasarımları, tasarım dışı performanslarını karşılaştırmak için bir temel oluşturmak üzere aynı tasarım gereksinimlerine sahiptir. Jet motoru performansını modellemek için bir termodinamik çevrim modelleme kütüphanesi olan PyCycle, jet motoru performans modellemesini, güneş termik santral performans modellemesine dönüştürmek için revize edilmiş ve hacimsel bir alıcı bileşeni oluşturmak için kullanılmıştır. İlk olarak, türev tabanlı bir alıcı tasarım metodolojisi önerilmiştir. Türev hesaplaması bu metodolojideki en uzun adım olmasına rağmen ve deney tasarımı methodu ile karşılaştırıldığında, türev tabanlı optimizasyonda %77 daha az tasarım tekrarlanmıştır. Nihai sonuç, deney tasarımı methodu sonucunun en iyi tasarımı olan %62 verimliliğe göre %6 daha verimli alıcı tasarımıdır. Verimli bir alıcı tasarım süreci için, vekil modelleme algoritmaları test edilmiştir ve deney tasarımı methodu sonuçları öğrenme verisi olarak kullanılmış ve vekil tabanlı tasarım optimizasyonları yapılmıştır. Sonrasında, bileşen düzeyinde verimliliği en üst düzeye çıkaracak tasarım optimizasyonu için alıcının bir yanıt yüzey vekil modeli seçilmiştir. Vekilin basitliği nedeniyle, optimizasyon süreci daha az tasarımla daha kısa sürede tamamlanmıştır ve temel modelin türev tabanlı optimizasyonuna göre daha iyi bir noktaya ulaşmıştır. Santral tasarım aşamasında kompresör ve türbin haritaları santralin bilançosuna göre ölçeklendirilmiştir. Tasarım dışı verimlilik, kütle akış hızı, çalışma aralığı, turbo makine haritaları ve maksimum güç çıkışı sunulmuştur. Metodoloji farklı santral boyutlarına da uyarlanabildiğinden, sonuçlar tasarım noktasına göre oranlanarak gösterilmiştir. Bu çalışmanın sonucu, termodinamik konfigürasyonun tasarım dışı performans üzerindeki etkisini gösterir ve belirli bir aralıktaki güneş ışınımı seviyesinde daha gürbüz ve esnek bir şekilde çalıştırılabilen santral tasarlamak için bir yöntem önerir. Tezde kullanılan tasarım koşullarında, güneş ışınımı çalışma zarfı %6 daha az kütle akışıyla %5 genişletildiği gösterilmiş ve çalışma aralığının %85'i üzerinde daha verimli çalıştırılmıştır.