Hidrojen kullanan turbofanlı bir insansız hava aracının ekserjetik sürdürülebilirlik analizi

Abstract

Bu tezde, yüksek by-pass oranlı bir adet turbofan motora sahip bir yüksek irtifa yüksek takat insansız hava aracının 0 - 16 km irtifaları kapsayan uçuş profili boyunca dodecene ve hidrojen yakıtla, % 0 - 100 ağırlıkça yakıt depolama oranlarıyla ısı geri kazanımlı ve ısı geri kazanımsız, anlık ve toplam ekserjetik sürdürülebilirlik parametreleri hesaplanmıştır. Hidrojen yakıtın 20 K sıcaklık ve 1 bar basınçta sıvı, 35 K sıcaklık 25 bar 50 bar, 100 bar; 80 K sıcaklık 50 bar, 100 bar, 200 bar; 125 K sıcaklık 100 bar, 200 bar, 350 bar, çevre sıcaklığında 200 bar, 350 bar 700 bar basınçlarda gaz veya malzeme içinde depolandığı kabul edilmiştir. Motor hesapları, yakıtların yanma odasına çevre sıcaklığında girdiği kabul edilerek yapılırken, ısı geri kazanımı olması durumunda ısı aktarıcılarına depolanma sıcaklıklarında girdiği kabul edilmiş, ısı geri kazanımı ile yakıt tasarruf potansiyelleri ve yakıtın depolanma sıcaklığından çevre sıcaklığına ısıtılması için harcanması gereken yakıt miktarları ayrıca hesaplanmıştır. Her durumda yakıtın fiziksel ekserjisinden yararlanılmadığı kabul edilmiştir. Tüm sonuçlar, MATLAB yazılım ortamında geliştirilen özgün bir programdan elde edilmiştir. Hidrojen ekserji performansları, depolanma basınç ve sıcaklıklarına ve ısı geri kazanımı olup olmamasına göre değişmektedir. En iyi ekserjetik sürdürülebilirlik performansları genellikle düşük sıcaklık - düşük basınçta depolama ve ısı geri kazanımı ile elde edilmiştir. Tüm depolama sıcaklıkları için en yüksek ekserjetik sürdürülebilirlik endeksi % 43 - 52.7 yakıt tüketim oranı (=depolama oranı) aralığında, 0.05'ten daha az değişimle 1.02 şeklinde elde edilmiştir. Sonuç olarak, mevcut hidrojen depolama kapasitelerinin, 7 saatten uzun İHA görevleri için henüz yeterli olmadığı görüşüne varılmıştır.