Show simple item record

Supercritical CO2 cycle and applications – Potential use in ships

dc.contributor.advisorΚουμπογιάννης, Δημήτριος
dc.contributor.authorΛιτσάκης, Γεώργιος
dc.date.accessioned2023-11-02T14:42:08Z
dc.date.available2023-11-02T14:42:08Z
dc.date.issued2023-11-01
dc.identifier.urihttps://polynoe.lib.uniwa.gr/xmlui/handle/11400/5560
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.26265/polynoe-5397
dc.description.abstractWith climate change being the defining issue of our generation, decarbonization of the shipping industry has become the top priority of the maritime community. In an effort to reduce emissions from shipping, numerous technological and design solutions are being investigated. This thesis focuses on the recovery of the heat wasted by marine engines using a supercritical carbon dioxide Brayton cycle. The supercritical carbon dioxide Brayton cycle is an innovative technology that promises power generation with unprecedented performance and a small form factor, due to the properties of supercritical fluids. The objective of this thesis is to provide important insight on this new technology as well as the current stage of research. Furthermore, a thermodynamic model will be developed in MATLAB with the use of the COOLPROP library, aiming to analyze and optimize the performance of a recuperated supercritical carbon dioxide Brayton cycle used for waste heat recovery of a MAN 6G70ME-C10.5-GA-EGRBP marine engine. The performance analysis was conducted at the engine’s specified maximum continuous rating as well as at partial loads. The results showed that with the use of this technology, the combined system’s thermal efficiency can be increased by 2.9% and its specific fuel oil consumption can be reduced by 2.8%, while there are also significant performance benefits even at lower loads. Moreover, the effect of the main engine’s power on the supercritical Brayton cycle’s performance was studied, where 7 marine engines of the same injection technology and different power outputs were compared, and the results revealed a possible relationship between the optimal pressure ratio and the engine’s exhaust gas temperature. Finally, our model was compared to a similar organic Rankine cycle model, an already field proven technology in the waste heat recovery sector. The results showed that both systems have similar performance.el
dc.format.extent120el
dc.language.isoenel
dc.publisherΠανεπιστήμιο Δυτικής Αττικήςel
dc.rightsΑναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές*
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Διεθνές*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectSupercritical carbon dioxide cycleel
dc.subjectSupercritical fluidsel
dc.subjectWaste heat recovery onboard vesselsel
dc.subjectRecuperated brayton cycleel
dc.titleSupercritical CO2 cycle and applications – Potential use in shipsel
dc.title.alternativeΥπερκρίσιμος κύκλος CO2 και εφαρμογές του – Δυνατότητες χρήσης του σε πλοίαel
dc.typeΔιπλωματική εργασίαel
dc.contributor.committeeΛιβανός, Γεώργιος
dc.contributor.committeeΧατζηαποστόλου, Αντώνιος
dc.contributor.facultyΣχολή Μηχανικώνel
dc.contributor.departmentΤμήμα Ναυπηγών Μηχανικώνel
dc.description.abstracttranslatedΜε την κλιματική αλλαγή να αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα της σύγχρονης εποχής, η απανθρακοποίηση της ναυτιλίας έχει γίνει η νούμερο ένα προτεραιότητα για τη διεθνή ναυτιλιακή κοινότητα. Στα πλαίσια αυτής της προσπάθειας, μια πληθώρα τεχνολογικών λύσεων εξετάζεται με σκοπό τη μείωση των εκπεμπόμενων ρύπων από τα πλοία. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην ανάκτηση της απορριπτόμενης θερμότητας ενός ναυτικού κινητήρα με τη χρήση υπερκρίσιμου κύκλου διοξειδίου του άνθρακα. Ο κλειστός κύκλος Brayton με υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα ως εργαζόμενο μέσο, είναι μία νέα τεχνολογία που υπόσχεται παραγωγή ισχύος με υψηλό βαθμό απόδοσης και μικρό μέγεθος εγκατάστασης, χάρη στις ιδιότητες των υπερκρίσιμων ρευστών. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να γίνει μία βιβλιογραφική επισκόπηση των ιδιοτήτων αυτών, καθώς και της διαθέσιμης έρευνας γύρω από τον υπερκρίσιμο κύκλο Brayton, ενώ παράλληλα, θα αναπτυχθεί και ένα σχετικό θερμοδυναμικό μοντέλο για ανάκτηση απορριπτόμενης θερμότητας. Πιο συγκεκριμένα, μέσω της συγγραφής κώδικα στο περιβάλλον του MATLAB και με τη χρήση της βιβλιοθήκης COOLPROP, θα γίνει ο υπολογισμός και η βελτιστοποίηση των επιδόσεων ενός αναγεννητικού υπερκρίσιμου κύκλου Brayton με σκοπό την ανάκτηση της θερμότητας που απορρίπτεται από έναν κινητήρα MAN 6G70ME-C10.5-GA-EGRBP. Η ανάλυση των επιδόσεων του συνδυασμένου κύκλου καθώς και του κύκλου Brayton ως μεμονωμένο σύστημα έγινε τόσο στο ονομαστικό όσο και στα μερικά φορτία της μηχανής. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι με βελτιστοποίηση του λόγου πίεσης του κύκλου Brayton, ο βαθμός απόδοσης του συνδυασμένου συστήματος μπορεί να αυξηθεί κατά 2.9% και η ειδική κατανάλωση καυσίμου μπορεί να μειωθεί κατά 2.8%, ενώ σημαντική είναι και η βελτίωση των επιδόσεων ακόμα και σε χαμηλότερα φορτία. Επιπλέον, μελετήθηκε η επίδραση της ισχύος της κύριας μηχανής στις επιδόσεις του υπερκρίσιμου κύκλου Brayton, όπου 7 μηχανές ίδιας τεχνολογίας και διαφορετικής ισχύος συγκρίθηκαν και τα αποτελέσματα έδειξαν πιθανή σύνδεση του βέλτιστου λόγου πίεσης με τη θερμοκρασία των καυσαερίων. Τέλος, έγινε σύγκριση του μοντέλου μας με παρόμοιο μοντέλο οργανικού κύκλου Rankine και τα αποτελέσματα έδειξαν πως ο υπερκρίσιμος κύκλος Brayton έχει παρόμοιες επιδόσεις με τον οργανικό κύκλο Rankine, μία τεχνολογία που χρησιμοποιείται εδώ και πολλά χρόνια για την ανάκτηση της απορριπτόμενης θερμότητας.el


Files in this item

Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Except where otherwise noted, this item's license is described as
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές