Determination of sensitivity and contribution ratios of parameters affecting Organic Rankine Cycle efficiency with multivariant optimization

In this study, the sensitivity levels and contribution rates of the performance parameters that have an effect on the Organic Rankine Cycle (ORC) were determined. Performance parameters were chosen as evaporator-condenser pinch point temperature difference (∆TPP,e, ∆TPP,k), cooling water inlet temperature (Tc,i), superheating temperature (Tak), turbine-pump isentropic efficiencies (ƞt and ƞp). The effects of these parameters on the ORC system were evaluated under different objective functions. Examined objective functions; thermal efficiency, net power, and exergy efficiency maximization; total irreversibility, volumetric flow rate (VFR) and environmental impact factor (EEF) minimization. Thus, thermodynamic performance with energy-exergy analysis; VFR, which has a significant impact on turbine economy; thermodynamic sustainability indices and environmental factor were examined. It has been determined that the effect of performance parameters varies greatly with the change of objective functions. While the effect of TPP was 20.59% effective in obtaining maximum thermal efficiency, it was determined that it was 71.9% effective in obtaining maximum turbine power. Taguchi-ANOVA was used in the study. By using the L25 orthogonal array, the optimum orthogonal arrays and the sensitivity level order of the parameters have been determined to reach the objective functions. By defining a weight function that affects all objective functions equally, it was determined that 42.85% ∆TPP,e and 25.71% Tc,i had an effect on ORC performance. In the last part of the study, empirical equations are derived to obtain objective functions by regression analysis. Equations are derived for each objective function depending on the performance parameters. The results estimated by the empirical equation and the numerical analysis results were compared using different statistical methods. According to the comparison results, it has been determined that the empirical equations can be used successfully in determining the ORC performance.

Çok deðiþkenli optimizasyon ile Organik Rankine Çevrim verimini etkileyen parametrelerin hassasiyet ve katký oranlarýnýn tespiti

Bu çalýþmada, Organik Rankine Çevrimi (ORÇ) üzerinde etkisi olan performans parametrelerinin hassasiyet seviyeleri ve katký oranlarý belirlenmiþtir. Performans parametreleri evaporatör-kondenser pinch point sýcaklýk farký (∆TPP,e, ∆TPP,k), soðutma suyu giriþ sýcaklýðý (Tc,i), aþýrý kýzdýrma sýcaklýðý (Tak), türbin-pompa izantropik verimleri (ƞt ve ƞp) olarak seçilmiþtir. Bu parametrelerin ORÇ sistemi üzerindeki etkisi farklý amaç fonksiyonlarý altýnda deðerlendirilmiþtir. Ýncelenen amaç fonksiyonlarý; ýsýl verim, net güç ve ekserji verimi maksimizasyonu ile toplam tersinmezlik, hacimsel debi oraný (VFR) ve çevresel etki faktör (EEF) minimizasyonudur. Böylece enerji-ekserji analizi ile termodinamik performans, türbin ekonomisinde önemli etkisi olan VFR ve termodinamik sürdürülebilirlik indeksleri ile çevresel faktör incelenmiþtir. Amaç fonksiyonlarýnýn deðiþmesiyle performans parametrelerinin etkisinin büyük bir oranda deðiþkenlik gösterdiði tespit edilmiþtir. ∆TPP,e’nin etkisi maksimum ýsýl verimin elde edilmesinde %20.59 etkili iken, maksimum türbin gücünün elde edilmesinde %71.9 etkili olduðu tespit edilmiþtir. Çalýþmada Taguchi-ANOVA’dan yararlanýlmýþtýr. L25 ortogonal dizilim kullanýlmasýyla amaç fonksiyonlarýna ulaþýlmasýnda optimum ortogonal dizilimler ve parametrelerin hassasiyet seviye sýralamasý tespit edilmiþtir. Tüm amaç fonksiyonlarýnýn eþit oranda etkilediði bir aðýrlýk fonksiyonu tanýmlanmasýyla ORÇ performansý üzerinde %42.85 ∆TPP,e ve %25.71 ise Tc,i’nin etkisinin olduðu belirlenmiþtir. Çalýþmanýn son kýsmýnda ise regresyon analizi ile amaç fonksiyonlarýnýn elde edilmesi için ampirik denklemler türetilmiþtir. Her bir amaç fonksiyonu için performans parametrelerine baðlý olarak denklemler çýkarýlmýþtýr. Ampirik denklem ile tahmin edilen sonuçlar ile nümerik analiz sonuçlarý farklý istatistiksel yöntemler kullanýlarak karþýlaþtýrýlmýþtýr. Karþýlaþtýrma sonuçlarýna göre ampirik denklemlerin ORÇ performansýnýn belirlenmesinde baþarýlý bir þekilde kullanýlabileceði tespit edilmiþtir.