FARKLI YAKITLAR İÇİN YANMA ODASI PARAMETRELERİNİN GAZ TÜRBİNİ ÇEVRİMİNİN TERMODİNAMİK PERFORMANSINA ETKİSİ

In gas turbine cycles, the combustion chamber is the key component where the chemical energy of the fuel is converted into thermal energy through combustion and transferred to the working fluid at high temperature and pressure. This study investigates the thermodynamic performance of a gas turbine cycle comprising a two-stage compressor and a single-stage turbine for methane (CH₄) and propane (C₃H₈) fuels. The analyzed combustion chamber parameters were the excess air ratio (λ = 3–5), combustion efficiency (η_comb = 95%–99%), and pressure loss (ΔP = 2%–8%). Energy and exergy analyses were conducted based on these parameters. The analysis results indicated that an increase in the excess air ratio decreases the flame temperature, leading to a noticeable reduction in both the thermal and exergy efficiencies of the cycle, while an improvement in the combustion efficiency enhances the cycle performance by enabling a more effective conversion of the fuel’s chemical energy into thermal energy. Increasing pressure loss decreases the turbine inlet pressure, limits the expansion ratio, and reduces both thermal and exergy efficiencies. Overall, the system using CH₄ exhibited higher thermal and exergy efficiencies than the one using C₃H₈. Depending on the combustion chamber parameters and fuel type, the thermal efficiency ranged between 34.84%–46.67%, while the exergy efficiency varied from 31.33%–44.27%.

Gaz türbini çevrimlerinde yanma odası, yakıtın kimyasal enerjisinin yanma süreciyle ısı enerjisine dönüştürülerek yüksek sıcaklık ve basınçtaki çalışma akışkanına aktarıldığı temel bir bileşendir. Bu çalışmada, iki kademeli kompresör grubu ve tek kademeli türbinden oluşan bir gaz türbini çevriminin termodinamik performansı, metan (CH4) ve propan (C3H8) yakıtları için incelenmiştir. Yanma odası parametreleri olarak hava fazlalık katsayısı (λ=3–5), yanma verimi (η_yan=%95–%99) ve basınç kaybı (ΔP=%2–%8) ele alınmış; bu parametrelere bağlı olarak çevrimin enerji ve ekserji analizleri gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçları, hava fazlalık katsayısındaki artışın alev sıcaklığını düşürerek çevrimin termal ve ekserji verimlerinde belirgin bir azalmaya neden olduğunu, yanma verimindeki artışın ise yakıtın kimyasal enerjisinin daha etkin biçimde ısı enerjisine dönüştürülmesini sağlayarak çevrim performansını iyileştirdiğini göstermiştir. Basınç kaybındaki artış, türbin giriş basıncını düşürerek genleşme oranını sınırlamış ve buna bağlı olarak çevrimin hem termal hem de ekserji verimlerinde azalma meydana getirmiştir. Genel olarak, CH4 yakıtı kullanılan sistemin termal ve ekserji verimlerinin C3H8 yakıtına kıyasla daha yüksek olduğu belirlenmiştir. İncelenen yanma odası parametreleri ve kullanılan yakıta bağlı olarak, gaz türbini çevriminin termal verimi %34,84–%46,67, ekserji verimi ise %31,33–%44,27 aralığında değişmiştir.