kourosh javaherdeh
-
خشک کن های پاششی حدود 45 درصد از گاز مصرفی یک کارخانه تولید سرامیک را تشکیل می دهند. بنابراین بهینه سازی مصرف انرژی این تجهیزات برای صاحبان صنعت تولید سرامیک بسیار حائز اهمیت است. در این مقاله از دو مبدل حرارتی به همراه چرخش 30 درصدی هوای خروجی برای بازیابی گرمای خروجی از خشک-کن های پاششی و استفاده از آنها برای پیش گرم کردن هوای اتمیزاسیون و خشک کننده استفاده شده است. در مطالعه حاضر از مبدل های حرارتی پره دار نوع H با لوله های دایره ای استفاده و همه نتایج با دو رویکرد مختلف، شامل مدل های استاندارد k-ε و SST& k-ω استخراج شده است. ابتدا تاثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد مبدل های حرارتی اول و دوم ارزیابی شد. مشاهده شد که عدد ناسلت با افزایش عدد رینولدز افزایش می یابد، در حالی که ضریب اصطکاک هر دو مبدل حرارتی کاهش می یابد. سپس تاثیر افزودن مبدل های حرارتی بر میزان مصرف انرژی کارخانه و خشک کن پاششی بررسی گردید. نشان داده شد که سیستم پیشنهادی می تواند به طور موثر برای کاهش 04/12 درصدی مصرف انرژی در خشک کن پاششی مورد استفاده قرار گیرد.کلید واژگان: خشک کن پاششی، مبدل حرارتی پره لوله، لوله دایره ای، صرفه جویی در انرژیSpray dryers account for about 45% of the gas consumption of a ceramic factory. Therefore, optimizing the energy consumption of this equipment is very important for the owners of the ceramic production industry. In this paper, two heat exchangers along with 30% recirculation of exhaust air are used to recover the exhaust heat from the spray dryers and use them to preheat the atomizing and drying air. The H-type finned heat exchangers with circular holes are used here and all results are extracted by two different approaches, including standard k-ε and SST k-ω models. First, the influence of different parameters on the performance of the first and second heat exchangers evaluated. It is shown that the Nusselt number increases by increasing the Reynolds number, While the friction factor of both heat exchangers decreases. Then, the influence of adding heat exchangers on the energy consumption of the factory and spray dryer estimated. It is shown that the suggested system can be effectively used to 12.04% decrease the energy consumption of the spray dryer.Keywords: Spray Dryer, . Tube Finned Heat Exchanger, Circular Hole, Energy Saving
-
زمینه و هدف
با بهبود عملکرد مبدل حرارتی، امکان کوچک سازی ابعاد و در نتیجه کاهش هزینه های تولید آن فراهم و این موضوع منجر به کاهش در مصرف سوخت و حفاظت بهتر از محیط زیست می شود. به همین منظور مهندسان روش های متعددی را برای افزایش انتقال حرارت و راندمان حرارتی پیشنهاد نموده اند. نرخ انتقال حرارت جریان آشفته سیال غیرنیوتنی در مبدل حرارتی حاوی محیط متخلخل جزئی به صورت عددی در این تحقیق بررسی شده است. اثر اندیس های مختلف سیال پاورلا و عدد دارسی، روی نرخ انتقال حرارت و راندمان حرارتی جریان آشفته، بررسی و با هم مقایسه شده است.
روش بررسیمدل مورد نظر در نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی فلوئنت و بر اساس روش حجم محدود شبیه سازی شده است و معادلات جریان و انرژی با مرتبه دو گسسته سازی شده اند.
یافته هادر این تحقیق که در سال 1400 به انجام رسیده است نتایج به دست آمده به این صورت است: سیال شبه پلاستیک در مقایسه با سیال نیوتنی و دیلاتنت دارای بیشترین نرخ انتقال حرارت و راندمان حرارتی است. بر اساس یافته ها با کاهش عدد دارسی نرخ انتقال حرارت و راندمان حرارتی افزایش می یابد . بررسی اثر مساحت بدون بعد لایه پروس (S) روی عدد ناسلت و راندمان حرارتی در اعداد دارسی مختلف نشان می دهد که در سطح مقطع بدون بعد لایه متخلخل 9/0S= ، مقدار عدد ناسلت بیشترین مقدارو در 76/0S= راندمان حرارتی بیشترین مقدار را دارد.
بحث و نتیجه گیری76/0S= مقدار بهینه ضخامت لایه متخلخل است. بنابراین لایه متخلخل با سطح مقطع بی بعد 76/0S= ، 4-10Da= و سیال شبه پلاستیک برای حصول بیشترین راندمان حرارتی برای این مسئله پیشنهاد می شود.
کلید واژگان: کانال متخلخل، عدد دارسی، سیال غیرنیوتنی، تعادل حرارتی محلی.Background & ObjectiveBy improving the performance of the heat exchanger, it is possible to reduce the size and production costs of the heat transfer, and this leads to a reduction in fuel consumption and better environmental protection. To this purpose, engineers have proposed several ways to increase the heat transfer. The heat transfer rate of a turbulent non-Newtonian fluid flow in a heat exchanger with partially porous media is numerically investigated in this paper. The effects of power-law index of the fluid and Darcy number on the heat transfer rate and thermal performance of turbulent flow are studied and compared to each other.
Material and MethodologyThe research model is simulated in the FLUENT computational fluid dynamics software using Finite Volume Method and the flow and energy equations are discretized up to the second order upwind.
FindingsThe pseudo-plastic fluid has the highest heat transfer rate and thermal performance compared to Newtonian and dilatant fluids. According to the findings, the heat transfer rate and thermal performance increase with decreasing Darcy number. Investigation of the effect of non-dimensional porous layer area (S) on the Nusselt number and thermal efficiency in different Darcy numbers shows that, the Nusselt number has the highest value in S=0.9 and thermal efficiency has the highest value in S=0.76.
Discussion and conclusionS=0.76 is the optimal porous layer thickness. Therefore, porous layer with S=0.76, and the pseudo-plastic fluid are recommended for the optimal thermal efficiency.
Keywords: Porous Channel, Darcy Number, Non-Newtonian Fluid, Local Thermal Equilibrium -
در این تحقیق دو ساختار مختلف از سیستم ترکیبی سیکل برایتون فوق بحرانی کربن دی اکسید با بازیاب به همراه سیکل رانکین آلی و همچنین، سیستم ترکیبی سیکل برایتون فوق بحرانی کربن دی اکسید بازتراکم به همراه سیکل رانکین آلی با کلکتور هلیوستات از دیدگاه انرژی، اگزرژی و اگزرژی اقتصادی شبیه سازی و مقایسه شده است. سیال آلی 123R به دلیل خواص ترموفیزیکی و زیست محیطی مناسب در سیکل آلی استفاده شده است. انرژی خورشید به عنوان محرک سیکل برایتون کربن دی اکسید مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که با تغییر پارامتر های تاثیرگذار مانند نسبت فشار کمپرسور و دمای ورودی توربین، در تمام بازده مورد بررسی کار خروجی سیستم با بازیاب بیشتر بوده است، اما در نسبت فشارهای پایین درکمپرسور، بازده اگزرژی سیستم بازتراکم بیشتر است. همچنین علی رغم بیشتر بودن نرخ هزینه کلی سیستم با بازیاب، این سیستم، هزینه تولید الکتریسیته کمتری را ایجاد می کند. سایر نتایج شبیه سازی نشان می دهد بیشترین مقدار تخریب اگزرژی در کلکتور خورشیدی با مقدار kW 9726 اتفاق می افتد و کلکتور خورشیدی با داشتن بیشترین نرخ هزینه با مقدار 3485 دلار برساعت، باید بیشتر از سایر اجزا از نظر اگزرژی اقتصادی مورد بررسی قرار گیرد. در انتها تحلیل پارامتری به منظور بررسی تاثیرات تغییر نسبت فشار کمپرسور، دمای ورودی توربین کربن دی اکسید و فشار پایینی سیکل کربن دی اکسید، روی عملکرد سیستم، از دیدگاه انرژی، اگزرژی و اگزرژی اقتصادی انجام شده است.کلید واژگان: سیکل فوق بحرانی کربن دی اکسید با بازیاب، سیکل فوق بحرانی کربن دی اکسید بازتراکم، سیکل رانکین آلی، اگزرژی، اقتصادیIn this research, two different structures of the combined system of supercritical Brayton cycle of carbon dioxide with regenerator along with organic Rankine cycle and also the combined system of supercritical Brayton cycle recondensation with organic Rankine cycle with heliostat collector from the point of view of energy and economic-exergy simulated and compared. R123 fluid has been used in organic cycle due to its suitable thermophysical and environmental properties. The results indicate that with the change of the influencing parameters such as the compressor pressure ratio and the turbine inlet temperature, the work output of the system with the regenerator has been higher in all the examined efficiencies, but the exergy efficiency of the recompression system is higher in the ratio of low pressures in the compressor. Also, despite the higher overall cost rate of the system with the regenerator, this system creates a lower electricity production cost. Other simulation results indicate that the highest amount of exergy destruction occurs in the solar collector that is about 9726 kW. And the solar collector, having the highest cost rate, should be examined more than other components from an exergy-economic point of view. Finally, a parametric analysis has been done the effects of the change in compressor pressure ratio with 3485$/h, turbine inlet temperature, and low pressure, on the performance of the system, from the perspective of energy and exergy-economics.Keywords: Supercritical CO2 Cycle, Organic Rankin Cycle, Heliostat Collector, Exergoeconomic, Parametric Study
-
This article investigates the effect of using three nanofluids as exhaust gas cooling fluid in an EGR cooler. Reducing the exhaust temperature of diesel engines can reduce environmental and thermal pollutants. In a conventional 3-liter engine in all kinds of vehicles, 20 to 40 kW of its 115 kW power is being wasted. The engine shell temperature rises to 600 degrees Celsius. Exhaust gas recirculation can recover a part of it. Exhaust gas recirculation can recover thermal energy by exhaust gas recirculation method by charging a thermal energy storage tank to feed a diesel engine in cold start.Many researchers have simulated natural convection in the nanofluids. The innovation of the current research is the use of 61 tubes inside the small heat exchanger that is cooled by the discussed nanofluids in the exhaust gas recirculation system of the diesel engine that works with the paraffin phase changer and the exhaust gas recirculation rate is 60% to Reduce of environmental pollution and smoother operation of diesel engine. The inlet is steady state turbulent. The thickness of the inner tubes is considered close to zero. The shell is adiabatic. Both of them exit the heat exchanger under pressure. Three nanoparticles of diamond, silicon dioxide, and copper are considered. This numerical simulation has solved the continuity equations, energy, Navier-Stokes, the pressure drop along the pipe, flow, and rotation equation, kinetic energy disturbance, and energy loss rate equation. The results showed a higher pressure drop for the silicon dioxide-ethylene glycol nanofluid. Silicon dioxide-ethylene glycol nanofluid has a higher Nusselt number, slightly different from other nanofluids. Also, Copper ethylene glycol has a lower Velocity among nanofluids
Keywords: Numerical Solution, Nanofluids, Cooling, Diesel Engines, Shell, Tube Heat Exchangers -
در این پژوهش به بررسی انتقال حرارت جریان نانو سیال تحت شرایط جریان آرام در کانال با موانع مختلف شامل هندسه-های دایروی، مثلثی و مستطیلی پرداخته شده است. تاثیر موانع با هندسه متفاوت بر روی رفتار حرارتی و هیدرودینامیکی در رژیم جریان آرام، تاثیر افزودن نانو ذرات به سیال پایه و تغییرات عدد رینولدز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می-دهد، با افزایش درصد کسر حجمی نانو ذرات، عدد ناسلت متوسط در کانال با موانع متفاوت افزایش می یابد. این افزایش عدد ناسلت در کانال با مانع مستطیلی نسبت به دیگر موانع بیشتری بوده که به دلیل افزایش سطح انتقال حرارت است، علیرغم آنکه ارتفاع این موانع در کانال یکسان می باشد. ماکزیمم عدد ناسلت در مانع مستطیلی به میزان تقریبا ٪30 بیشتر از عدد ناسلت در مانع دایروی است. استفاده از موانع با هندسه متفاوت و اضافه شدن نانو ذرات به سیال پایه، سبب افزایش شاخص عملکرد هیدرولیکی-حرارتی تا 44% می شود.کلید واژگان: مطالعه عددی، موانع با هندسه متفاوت، نانو سیال، کانال مستطیلیIn this study, investigated heat transfer of Nanofluid laminar flow in a channel with obstacles along different geometry such as triangular, rectangular and half-cylinder and the effect of adding Nano particles on based flow. The result showed that the average Nusselt number increased with an increasing volumetric fraction of nano particles. However, the increasing average Nusselt number is dependent on the type of obstacles geometry that rectangular shape is more than others, because area of heat transfer is more than other obstacles. The Nusselt number with rectangular geometry is 30% more than the Nusselt number with half-cylinder geometry. Also, using obstacles with different geometry and the adding of the nanoparticles, the hydraulic-thermal performance has been increased up to 44%. The local Nusselt number for nanofluid of volume fraction with 1% is 2.38% higher than volume fraction of nanofluid with 2%. The local Nusselt number of volume fraction of nano particle with 1% is 10% less than based fluid.Keywords: Numerical study, Vortex Generator, Nanofluid, Rectangular channel
-
In this paper, a multi-component multiphase pseudopotential Lattice Boltzmann method with multi relaxation time (MRT) collision operator is presented to examine the dynamic behavior of liquid droplets movement and coalescence process in the gas channel of PEMFC. In the numerical method, the forcing term is improved to achieve a high-density ratio and thermodynamic consistency. First, the density ratio, Laplace law, and contact angle are validated with previous studies. Then, different parameters, such as operating temperature, pressure difference, surface contact angle, the radius of droplets, and distance between two droplets on the droplet movement and coalescence process are studied. The results revealed by rising temperature from 30 to 80 degrees, the speed of drop increases around 6 percent. The simulation results indicated that the rising of pressure gradient increases the gas flow velocity on the channel and leads to increasing the shear force and eventually faster movement of the droplet on the gas channel. Also, investigation of various contact angles shows that a hydrophilic surface causes a resistance force between the droplet and the wall and delays the removal of droplets. Moreover, droplet coalescence is useful for droplet movement because of increasing the velocity gradient on top of the droplet; consequently, the shear force on the droplet is raised during coalescence.
Keywords: Lattice Boltzmann method, multi-component multiphase, coalescence process, fuel cell channel, liquid water droplet interaction -
In this research, the heat transfer behavior of a wavy mini-channel heat exchanger was studied. Using the experimental data of heat transfer, the convective heat transfer coefficients were estimated. Among numerous trials, the Nusselt number (Nu) best correlation is a linear function of Reynolds number (Re) independent of Prandtl number (Pr), and similar correlations for hot and cold sides were obtained. The coefficient range is 0.01 to 0.03 for different fluids. The previous experimental works verify this conclusion. Also, in the case of non-Newtonian fluids and nanofluids, the definition of Re is related to its rheological behavior. However, if the velocity profile is specified, it can be used to derive the relation between the Fanning friction factor (Cf) and Re. Here, a suitable velocity profile for wavy configuration is used, and the experimental values of Re are estimated by the experimental pressure drop data. It is shown that the application of the derived relation between Cf and Re is preferred compared to the assumption of a circular pipe that is convenient for fluid mechanics studies. In addition, it is proved that if experiments with different fluids or relative waviness are done at similar flow rates, the U versus the Re plot can be used to compare heat exchanger performance.
Keywords: Velocity profile, Heat transfer coefficient, CNT, CMC solution nanofluid, Non-Newtonian fluid, Wavy channel -
در مقاله حاضر، تاثیر چیدمان پره درون یک کانال چین دار بر الگوی جریان و انتقال گرما جابجایی اجباری نانوسیال غیرنیوتنی در محدوده رژیم لایه ای به صورت عددی ارزیابی شده است. برای حل معادلات جریان و انرژی از روش حجم محدود به صورت دوبعدی، دایم و تک فاز استفاده شده است. در این مطالعه، تاثیر پارامترهایی از قبیل چیدمان های مختلف پره ها، و همچنین عدد رینولدز (200 الی 1000) و کسر حجمی نانوذرات (5/0 الی 5/1 درصد) بر الگوی جریان و انتقال گرما بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که استفاده از سیال غیرنیوتنی آب+CMC5/0% بجای سیال نیوتنی آب، موجب افزایش عدد ناسلت متوسط می گردد. نتایج نشان می دهد که شاخص ارزیابی عملکرد در حضور پره برای چیدمان های A و D در تمامی شرایط مقداری بزرگتر از 1 دارد که نشان دهنده موثر بودن حضور پره ها بر راندمان حرارتی جریان نانوسیال غیرنیوتنی درون یک کانال چین دار می باشد. همچنین چیدمان D نسبت به سایر چیدمان ها، دارای بیشترین مقدار افزایش انتقال گرما می باشد. علاوه بر این نتایج حاکی از آن است که با افزایش عدد رینولدز از 200 به 1000 و کسرحجمی نانوذرات از 5/0 به 5/1 درصد برای چیدمان D، عدد ناسلت متوسط حدود 85/9 درصد و شاخص ارزیابی عملکرد 09/9 درصد افزایش می یابد.کلید واژگان: تحلیل عددی، نانوسیال غیرنیوتنی، کانال چین دار، چیدمان پره، کسر حجمی نانوذرات، افزایش انتقال گرماIn the present study, heat transfer enhancement of a non-Newtonian nanofluid by different arrangements of double fins in a corrugated channel was numerically investigated. Finite volume method is used to solve governing equations of flow and energy with assumptions of 2D, steady-state, and single phase. The fluid flow is in the hydraulically laminar regime and the channel is under a constant heat flux. A set of case studies are conducted for a corrugated channel model to analyze the influence of the main contributing factors; Reynolds number, nanofluid volume fraction, the different fin configurations, on the flow field and the heat transfer characteristics as well. . Results indicate that using non-Newtonian fluid of water+0.5%CMC instead of water fluid leads to enhance heat transfer. The numerical results showed that implementing configuration D in a corrugated channel leads to heat transfer rate compared to other configurations. Besides, for configuration D, raising the Reynolds number from 200 to 1000 and the nanofluid volume fraction from 0.5% to 1.5% cause the mean Nusselt number and performance evaluation index to increase about 9.85% and 9.09%, respectively.Keywords: Numerical analysis, Non-Newtonian nanofluid, Corrugated channel, Arrangement of fin, Nanofluid volume fraction, Heat transfer enhancement
-
به منظور به کارگیری انرژی های تجدیدپذیر و کاهش مصرف سوخت های فسیلی می توان از سیستم های تولید همزمان گرمایش، سرمایش و توان استفاده نمود. سیکل پیشنهادی در کار حاضر، سیکل پایدار برایتون و تبرید گذر بحرانی دی اکسید کربن همراه با جت پمپ بوده، که از انرژی خورشیدی به عنوان منبع گرما استفاده می نماید. در مطالعه حاضر، تحلیل بازده انرژی، اگزرژی و اگزرژی- اقتصادی سیکل مورد مطالعه قرار گرفته است. در تحلیل ترمودینامیکی، اثرات هر یک از پارامترها بر روی عملکرد سیستم چندگانه بررسی شده است. در این تحلیل، با تغییر یکی از پارامترها، سایر پارامترها ثابت نگه داشته شده، به طوری که تحلیل ترمودینامیکی بر اثر پارامترهای مهم شامل فشار ورودی توربین، فشار خروجی توربین، دمای ورودی توربین و دمای اواپراتور تمرکز دارد. نتایج حاصل از آن نشان می دهد که با افزایش فشار خروجی توربین، فشار جریان اولیه ورودی به جت پمپ و سرعت جریان در خروجی نازل جت پمپ ، افزایش می یابد. تانک ذخیره بیشترین نرخ تخریب اگزرژی را در میان اجزای سیستم به دلیل اختلاف دمای زیاد دارد که مقدار آن حدود 29% کل نرخ تخریب می باشد. همچنین، بیشترین هزینه بر واحد توان مربوط به سرمایش خروجی از سیکل همزمان می باشد، به طوری که مقدار آن حدود 53% مقدار کل هزینه ها است.
کلید واژگان: اگزرژی، تولید همزمان، جت پمپ، انرژی خورشیدیCombined heat and power systems are used for renewable energies and reducing fossil fuels. This work, investigated energy efficiency, exergy, and exergy economic a Brayton cycle and refrigeration cycle with an ejector that used solar energy as a heat source. Inlet pressure turbine, outlet pressure turbine, inlet temperature turbine, and temperature of the evaporator are variable parameters, when one of the parameters changes, the other parameters are kept constant so that the thermodynamic analysis focuses on important parameters. Results showed that inlet pressure of initial flow in ejector and outlet velocity of flow on ejector are increased with increasing outlet pressure of turbine. The storage tank had the most exergy destruction rate among all components for the high-temperature difference that it’s almost 29% from all of the exergy destruction rates. Also, the highest cost per unit of power is related to the combined heat and power cycle that it’s about 53% of the total cost.
Keywords: Exergy, Combined Heat Power, Ejector, Solar Energy -
در این تحقیق، به بررسی قانون دوم ترمودینامیک و تحلیل ضریب عملکرد در یک سیکل تبرید جذبی دو اثره لیتیوم بروماید با سوخت گاز طبیعی همراه با انرژی گرمایی دریافتی از خورشید توسط مدل سازی کامپیوتری در نرم افزار متلب پرداخته می شود/. ضریب عملکرد، تلفات کاردهی کل و تلفات کاردهی هر جزء از سیکل با شرایط اولیه مختلف برای سیستم تبرید جذبی دو اثره خورشیدی-گازسوز محاسبه شده است.تمامی اجزای سیکل در حالت بهینه بررسی شده اند. محاسبات انرژی خورشید جهت شهر تهران با عرض جغرافیایی 2/35 درجه صورت گرفته و از یک نوع کلکتور تخت جهت دریافت انرژی گرمایی خورشید استفاده شده است. بررسی نتایج شبیه سازی نشان می دهد که دمای مولد فشار بالا برای سیستم گازسوز حدود C 150 و دمای مولد فشار پایین حدود C 83 می باشد. مقدار فشار بهینه پمپ محلول برای برای دستگاه گازسوز خورشیدی در حدود KPa90 بدست آمدو همچنین دمای بهینه چگالنده C 33 می باشد. در صورت افزایش بار سرمایی تبخیرکننده، مقدار تلفات قابلیت کاردهی به طور خطی افزایش و با توجه به دمای بهینه تبخیر کننده که C 10 در نظر گرفته شده، پیشنهاد می گردد این سیستم برای مصارف تهویه مطبوع استفاده شود. حداکثر تلفات قابلیت کاردهی کل در حالت خورشیدی-گازسوز مربوط به جاذب بوده و پس از آن به ترتیب به چگالنده، مبدل فشار بالا، مبدل فشار پایین و تبخیر کننده اختصاص دارد. در صورتی که در حالت گازسوز حداکثر تلفات قابلیت کاردهی کل مربوط به مبدل فشار بالا و پس از آن به ترتیب مربوط به جاذب، چگالنده، مبدل فشار بالا و تبخیر کننده می باشد.کلید واژگان: سیستم تبرید جذبی دواثره، تلفات کاردهی (اگزرژی) &zwj، خورشیدی- گازسوز، تحلیل قانون دوم ترمودینامیکIn this research, studied the coefficient of performance (COP) and second low of thermodynamic on Lithium bromide double effect refrigeration cycle using solar energy and gas fuel. Coefficient of performance, total and each component Exergy losses are calculated with various initial conditions on double effect refrigeration cycle using solar energy and gas fuel. It’s assumed that all of the each component are in isentropic condition, therefore, they are in optimized state. This study is based on Tehran which is at 35.2 degrees of latitude for calculating solar energy. Also, used a flat collector for receiving heat and energy of sun. The results showed that temperature of high and low pressure of generator are 150 C˚and 83 C˚ respectively. Also, the optimum pressure value of in solution pump is 90 KPa. The value of exergy losses is increased with increasing evaporator cooling load. The maximum of total exergy losses in solar-gas system is for absorber and after that belonged condenser, high pressure heat exchanger, low pressure heat exchanger and evaporator respectively. But, the maximum of total exergy losses in gas system is for high pressure heat exchanger and after that belonged absorber, condenser, high pressure hear exchanger and evaporator.Keywords: Absorption refrigeration system, double effect, Exergy, Solar, gas-fired, Second law analysis
-
In this paper, the effect of opposite baffles on the flow field and the increase of forced heat transfer of non-Newtonian nanofluid flow in a laminar regime in a backward-facing step are investigated numerically. The finite volume method is used to solve the governing equations of flow and temperature. Besides, the impact of geometric parameters such as horizontal distance between baffles to the edge of the stairs and its numbers, like Reynolds number, nanoparticle volume fraction, and the non-Newtonian fluid behavior on the flow field and heat transfer have been examined. Results demonstrate that using non-Newtonian fluid instead of Newtonian fluid enhances heat transfer and reattachment length. Raising the Reynolds number and the nanofluid volume fraction causes the mean Nusselt numbers and the Performance Evaluation Index to increase. The outcomes indicate that using a pair of opposite baffles must be more beneficial than the other number of baffles.Keywords: Backward facing step, Opposite baffles, Non-Newtonian nanofluid, Heat transfer enhancement, Numerical analysis
-
در این تحلیل جابه جایی ترکیبی جریان آرام نانوسیالات با سیال پایه غیرنیوتنی (سدیم الگنیت) برپایه مدل شبه پلاستیک همراه با نانوذرات اکسید آلومینیم در کانال مستطیلی دوبعدی (با عمق نامحدود) حاوی موانع متعدد مطالعه شده است. دمای سیال ورودی به کانال مستطیلی شکل، یکنواخت و کمتر از دیواره ها بوده است و دیواره های کانال دارای شرایط دمای ثابت اند. برای حل معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی به صورت عددی از روش حجم محدود با الگوریتم سیمپلر استفاده شده است. در این تحقیق تاثیر تعداد و ارتفاع موانع، کسر حجمی نانوذرات در سیال پایه غیرنیوتنی، عدد ریچاردسون و عدد رینولدز بر نرخ انتقال حرارت و افت فشار به صورت عدد ناسلت و ضریب اصطکاک بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش ذرات جامد آلومینیم در سیال غیرنیوتنی الگنیت سدیم سبب افزایش انتقال حرارت و ضریب اصطکاک در طول کانال می شود، همچنین با افزایش عدد رینولدز میزان انتقال حرارت در کانال افزایش می یابد. نتایج نشان داد که افزایش ارتفاع موانع ازH/3 به H/2 سبب افزایش 10درصد در عدد ناسلت متوسط و 13درصد در ضریب اصطکاک متوسط خواهد شد. نتایج مطالعات نشان داد که افزایش عدد ریچاردسون سبب کاهش عدد ناسلت و ضریب اصطکاک خواهد شد. افزایش تعداد موانع از 3 به 5عدد سبب کاهش5/3درصدی در عدد ناسلت خواهد شد.کلید واژگان: جابه جایی ترکیبی، نانوسیال اکسید آلومینیم، کانال حاوی مانع، سیال غیرنیوتنی سدیم الگنیتIn this study, the numerical analysis was studied about mixed convection of sodium alginate (non Newtonian Pseudoplastic fluid) with Nano particle in a two dimensional rectangular channel containing several blocks. The temperature of inlet fluid to the rectangular channel were kept in steady state and fixed temperature that is less than wall temperature. To solve the Continuity, momentum and energy equations, numerical analysis and finite volume method with SIMPLE technique is used. In this study the effect of height and numbers of blocks, volume fraction of nano particle, Richardson number and Reynolds number is investigated on Nusselt number and skin friction coefficient. The results show that increasing of aluminum solid particles in sodium alginate will increase the heat transfer rate and skin friction coefficient in channel length. Also by increasing Reynolds number there is an increase in convection rate through the channel. In addition to the conclusions, increasing the block height from H/3 to H/2 enhance the average Nusselt number by 10% and skin friction coefficient by 13%. It is observed that increasing of Richardson number decreases the Nusselt number and skin friction coefficient. Also changing block number from 3 to 5 decrease Nusselt number about 3.5%.Keywords: Mixed convection, Nano fluid, channel with blocks, non-Newtonian fluid Sodium Alginate
-
در این پژوهش رفتار گرمایی و هیدرودینامیکی جریان آشفته نانو سیال غیرنیوتنی در آرایش جریان مخالف در یک مبدل گرمایی دولوله ای مارپیچ بصورت عددی شبیه-سازی شده است. از محلول پودر کربوکسی متیل سلولز در آب با درصد جرمی 1/0% همراه با نانو ذره آلومینیوم اکسید بعنوان سیال عامل استفاده شده است. از نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی فلوینت جهت حل معادلات و برای شبیه سازی جریان متلاطم از روش k-ε استفاده شده که نتایج این حل عددی با داده های تجربی پیشین مطابقت خیلی خوبی داشته است. نقش و تاثیر پارامترهای مهم مانند انحنای مارپیچ، عدد رینولدز و درصد حجمی نانو ذرات آلومینیوم اکسید روی انتقال گرما مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد با افزایش نسبت انحنا در اعداد دین ثابت، عدد ناسلت و ضریب اصطکاک افزایش می یابد. نیروی گریز از مرکز ناشی از انحنای لوله-های مارپیچ سبب ایجاد جریان ثانویه در مبدل شده بطوریکه میزان انتقال گرما و افت فشار به ترتیب تا 35% و 30% نسبت به لوله های مستقیم افزایش پیدا کرده است. نتایج نشان می دهد که اضافه کردن نانو ذرات آلومینیوم اکسید به سیال پایه برای جریان با عدد رینولدز و عدد دین ثابت، باعث افزایش انتقال گرما و افزایش افت فشار جریان در لوله های مارپیچ می شود. اثر روش های افزایش انتقال گرما بر شاخص هیدرودینامیکی نیز بررسی شد بطوریکه در کویل های مارپیچ با کاهش نسبت انحنا و افزایش غلظت حجمی نانو ذرات مقدار شاخص هیدرودینامیکی نیز بیشتر شده است.
کلید واژگان: مبدل حرارتی دو لوله ای مارپیچ، شبیه سازی عددی، انتقال حرارت، نانو سیال، جریان آشفتهIn this research, the thermal and hydrodynamic behavior of a non-Newtonian nanofluid turbulent flow in the counterflow arrangement in a double pipe helical heat exchanger is numerically simulated. A solution of carboxymethyl cellulose powder in water with a mass percentage of 0.1% with a nanoparticle of aluminum oxide as a working fluid has been used. The CFD commercial software Fluent was used to solve the governing equations while the turbulent flow was simulated using k-ε turbulent model; the results were in a good agreement with experimental data. The effect of important parameters such as curvature, Reynolds number and volume percentage of aluminum oxide nanoparticles on the heat transfer has been investigated. The results show that as the curvature ratio increases in constant Dean (Dn) numbers, the Nu number and the coefficient of friction increases. The addition of nanoparticles of aluminum oxide to the base fluid for the flow with the constant Reynolds and Dn number increases the heat transfer and increases the pressure drop in the helically coiled tubes. The centrifugal force generated by the curvature of the coiled tube results in a secondary flow in the heat exchanger so that the heat transfer and pressure drop increased up to 35% and 30%, respectively, compared to the straight tubes. The effect of heat transfer enhancement methods on the hydrodynamic index has also been studied, so that in the helical coils, the amount of hydrodynamic index increased with decreasing curvature ratio and increasing the volume concentration of nanoparticles.
Keywords: Coiled double pipe heat exchanger, numerical simulation, heat transfer, Nano fluid, Turbulent flow -
Heart failure claims the lives of thousands of people annually. Left ventricular assist device is a valid treatment option for patients with an advanced stage of heart failure. The left ventricular assist device is a blood pump increasing the pumping ability of the bottom left chamber of the patient's heart. In this study, we investigate the hemolytic characteristics of a left ventricular assist device. The main objective of this paper is to explore the effects of amplitude and frequency on levels of hemolysis via computational fluid dynamic in an implantable reciprocating pump. Thus, the dynamic mesh technique is utilized to simulate piston motion and valves closure. Moreover, a system of time-dependent nonlinear partial differential equations is coupled with each other to predict blood flow and hemolysis index. Fluid dynamic characteristics are obtained by employing continuity and momentum equations and the levels of hemolysis are also calculated by applying two additional scalar transport equations based on an Eulerian transport approach. The results depicted the favorable reduction in hemolysis index by increasing frequency and decreasing amplitude simultaneously at specific Reynolds number, they also showed that the average hemolysis at the right side of the piston is slightly higher than the left side and it obtains its maximum value at valves and clearance domains.Keywords: Left Ventricular Assist Device, Blood Pump, Hemolysis, Eulerian Transport Approach, Dynamic Mesh
-
هدف از تحقیق حاضر پیشنهاد و ارزیابی یک سیستم تولید همزمان جدید برای ساختمان های با مصرف انرژی صفر می باشد. ساختمان های با مصرف انرژی صفر ساختمان هایی هستند که مقدار انرژی دریافتی آنها از خطوط توزیع برق برابر مقدار انرژی صادر شده توسط ساختمان (انرژی تجدیدپذیر) به این خطوط در طول سال است. سیستم ارایه شده شامل گازی ساز زیست توده، موتور احتراق داخلی، چیلر جذبی دو اثره لیتیوم بروماید و آب، بویلر پشتیبان تولید آب گرم، تانک ذخیره گاز، تانک ذخیره آب گرم مصرفی و مبدل های حرارتی می باشد. هدف این سیستم، تامین توان الکتریکی، آب گرم مصرفی و سرمایش و گرمایش مورد نیاز ساختمان در طول سال می باشد. در کار حاضر ضمن ارایه یک استراتژی عملکردی برای سیستم پیشنهادی، حساسیت دستیابی به اهداف سیستم (سود خالص سالیانه، میزان تامین تقاضاهای بار الکتریکی، سرمایش، گرمایش و آب گرم مصرفی ساختمان) به متغیرهایی نظیر ظرفیت موتور، چیلر و بویلر آب گرم، ساعت روشن شدن موتور و حجم منبع ذخیره آب گرم، ارزیابی می گردد. نتایج نشان داد که افزایش توان ورودی موتور سبب کاهش تابع توازن الکتریسیته خواهد شد که می تواند به دستیابی به هدف ساختمان با مصرف انرژی صفر کمک کند. همچنین با افزایش توان سرمایشی چیلر جذبی در نزدیکی تقاضاهای گرمایشی، سرمایشی ساختمان، می توان به بیشترین سود خالص سالیانه (4000 دلار) دست یافت. با افزایش توان گرمایشی بویلر و حجم منبع ذخیره آب گرم تقاضاهای سرمایشی، گرمایشی و آب گرم مصرفی ساختمان به کلی تامین شده است. علاوه بر این، با تغییر در ساعت روشن شدن موتور در ساعات افزایش تقاضای الکتریسیته، میزان سود سالیانه سیستم افزایش یافت.کلید واژگان: زیست توده، ساختمان انرژی صفر، تحلیل اقتصادی، تحلیل حساسیتThis study proposes and evaluates a new cogeneration system for zero-energy buildings. Zero-energy buildings are those in which the net electrical energy exchange between power grid and building equals zero. The proposed system is comprised of a biomass gasifier, an internal combustion engine, a double-effect lithium bromide-water absorption chiller, a backup boiler for hot water production, a gas storage tank, a hot water storage tank, and two heat exchangers. The system is supposed to provide the building with the electricity, hot water, heating and cooling requirements over the year. Besides presenting a functional strategy for the proposed system, this study evaluates the sensitivity of the objectives of the system (i.e., fulfilling the electricity, hot water, and heating and cooling requirements) to some main decision variables, including the capacity of engine, chiller and boiler, the volume of hot water tank, the start-up time of the internal combustion engine. The results indicate that the proposed system is able to support a zero energy building. The results also demonstrate that an increase in the input power of the engine helps to achieve the goal of zero-energy buildings. Moreover, it is observed that the system is most economical when the cooling capacity of the absorption chiller approaches the heating and cooling demands of the building. The results also indicate that the start-up time of the combustion engine would be more influential in the case of high electricity demand conditions.Keywords: Biomass, Zero energy building, Economic analysis, Sensitivity analysis
-
استفاده از سیستم دیوار ترومب برای تهیه گرمای مورد نیاز احیاء چرخ دسیکنت و بررسی اندازه مساحت دیوار و رسیدن به یک شرایط آسایش تهویه مطبوع، ایده اصلی این مقاله است. در این مقاله به مدلسازی چرخ دسیکنت خورشیدی که گرمای مورد نیاز جهت احیاء چرخ را از یک دیوار ترومب می گیرد پرداخته شده است. در این سیستم ابتدا بخش های مختلف چرخ دسیکنت، دیوار ترومب و میزان تابش انرژی خورشیدی جداگانه با برنامه نویسی متلب مدلسازی شده و سپس اجزاء به هم متصل و مدل به صورت یکپارچه برای تمام شرایط آب و هوایی مرطوب قابل بررسی است. نتایج مدل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده و انطباق قابل قبولی با یکدیگر دارند. به منظور سرمایش ساختمان در ماه جولای، شهر رشت بعنوان منطقه هدف انتخاب گردیده و جهت پیش سرمایش هوای فرایندی قبل از ورود به کولر تبخیری از کویل سرمایش زمینی استفاده گردیده است . اندازه مساحت دیوار ترومب به صورت تابعی از پارامتر های چرخ دسیکنت استخراج و با خروجی دمای 66 درجه سانتیگراد از دیوارخورشیدی ترومب، دمای شرایط آسایش محل تهویه 24 درجه سانتیگراد و نسبت رطوبت 12 گرم بر کیلوگرم هوای خشک و مساحت دیوار بر اساس شرایط بهینه کارکرد چرخ دسیکنت در حدود 52 مترمربع تعیین گردیده است.
کلید واژگان: دیوار ترومب، چرخ دسیکنت، مناطق مرطوب، بهینه سازیThis study focuses mainly on employing trombe wall systems to provide the heat required for restoring the desiccant wheel and investigating the optimal surface area of the wall for attaining air conditioning comfort. In this study, a solar desiccant wheel was modeled that receives the thermal energy required for regeneration from a trombe wall. In this system, first, the components of the desiccant wheel, the trombe wall, and the insolation were separately modeled in MATLAB and then assembled. The integrated system may be examined in all humid weather conditions around the globe. The results of the model are compared with the experimental results and have acceptable agreement with each other. The model had been developed for cooling the building in July in Rasht city by using the ground heat exchanger. A ground coil was incorporated in this system to pre-cool the process air. The optimal surface area of the trombe wall was extracted as a function of the parameters of the desiccant wheel. For a wall output temperature of 66 °C, the comfort temperature was found to be 24 °C, the humidity ratio to be 12 gw/kgra, and the optimal wall surface area to be around 52 m2.
Keywords: Trombe wall, Desiccant Wheel, Humid Climate, optimization -
در مطالعه حاضر به شبیه سازی عددی جریان سیال نیوتنی و غیر نیوتنی درون لوله اعوجاجی مجهزشده به نوارهای پیچی معمولی و شیاردار(v شکل)در شرایط مرزی شار ثابت با استفاده از روش عددی حجم محدود پرداخته است. جهت اعتبارسنجی نتایج مربوط به شبیه سازی عددی، نتایج با معادلات تجربی محققان دیگرمقایسه شده است. در این تحلیل از آب به عنوان سیال نیوتنی و از 0.2 درصد وزنی کربوکسی میتل سلولز در آب به عنوان سیال غیر نیوتنی استفاده شده و محدوده تغییرات اعداد رینولدز برای سیالات نیوتنی و غیر نیوتنی به ترتیب برابر با (5300 تا 25700) و (2400 تا 6800) در نظر گرفته شده است. در این مطالعه تاثیرات استفاده از مدل های مختلف درهمی جریان، اعمال شارهای حرارتی متغیر و نیز شیار روی نوار، بر روی عدد ناسلت و ضریب اصطکاک بررسی شده است.همانطور که از مقایسه نتایج بر می آید استفاده از مدل استاندارد κ-ω در جریان درهمی سیال نیوتنی ومدلκ-ε برای سیال غیر نیوتنی با شرایط یکسان، نسبت به مدل های دیگر مناسب تر است. برای سیال نیوتنی متوسط اختلاف نتایج برای عدد ناسلت برای نوارپیچی ساده و شیاردار به ترتیب کمتر از 15.2 و 14.4 درصد خواهد بود، از طرفی برای سیال غیر نیوتنی متوسط مقدار اختلاف برای عدد ناسلت برای نوارپیچی ساده کمتر از 18 درصد خواهد بود.
کلید واژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، نوارپیچی، لوله اعوجاجی، عدد ناسلت، ضریب اصطکاکIn present paper is to study numerical simulation by using Finite volume method for Newtonian and non-Newtonian fluid flow inside corrugated tube equipped with typical twisted tape (TT) and V-cut twisted tape (VTT) at constant heat flux. For validation of this simulation, this results compared with empirical correlations of researchers. In this analysis water was as Newtonian fluid and 0.2 wt % carboxymethyle cellulse (CMC) in water was as a non-Newtonian fluid, the range of Reynolds number for Newtonian and non-Newtonian fluid varied (5300 to 25700) and (2400 to 6800) respectively. In this analysis, the effects of using different turbulence models, variable heat flux and creating V-cut on Nusselt number and friction factor is investigated. The obtained results showed that standard κ -ω model of turbulence for Newtonian fluid is a proper model rather than the other models and it had good agreements between experimental data, and the average differences for Nusselt number in typical and V-cut twisted tapes were less than 15.2% and 14.4% respectively. On other hand, in identical condition for non-Newtonian fluid, using of standard κ - ε model of turbulence is a proper model and the average differences on Nusselt number for typical twisted tape were less than 18%.
Keywords: CFD, Twisted tape, Corrugated tube, Nusselt number, Friction factor -
استفاده از سیستم دیوار ترومب برای تهیه گرمای مورد نیاز احیاء چرخ دسیکنت و بررسی اندازه مساحت دیوار و رسیدن به یک شرایط آسایش تهویه مطبوع، ایده اصلی این مقاله است. در این مقاله به مدلسازی چرخ دسیکنت خورشیدی که گرمای مورد نیاز جهت احیاء چرخ را از یک دیوار ترومب می گیرد پرداخته شده است. در این سیستم ابتدا بخش های مختلف چرخ دسیکنت، دیوار ترومب و میزان تابش انرژی خورشیدی جداگانه با برنامه نویسی متلب مدلسازی شده و سپس اجزاء به هم متصل و مدل به صورت یکپارچه برای تمام شرایط آب و هوایی مرطوب قابل بررسی است. نتایج مدل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده و انطباق قابل قبولی با یکدیگر دارند. به منظور سرمایش ساختمان در ماه جولای، شهر رشت بعنوان منطقه هدف انتخاب گردیده و جهت پیش سرمایش هوای فرایندی قبل از ورود به کولر تبخیری از کویل سرمایش زمینی استفاده گردیده است . اندازه مساحت دیوار ترومب به صورت تابعی از پارامتر های چرخ دسیکنت استخراج و با خروجی دمای 66 درجه سانتیگراد از دیوارخورشیدی ترومب، دمای شرایط آسایش محل تهویه 24 درجه سانتیگراد و نسبت رطوبت 12 گرم بر کیلوگرم هوای خشک و مساحت دیوار بر اساس شرایط بهینه کارکرد چرخ دسیکنت در حدود 52 مترمربع تعیین گردیده است.کلید واژگان: دیوار ترومب، چرخ دسیکنت، مناطق مرطوب، بهینه سازیThis study focuses mainly on employing trombe wall systems to provide the heat required for restoring the desiccant wheel and investigating the optimal surface area of the wall for attaining air conditioning comfort. In this study, a solar desiccant wheel was modeled that receives the thermal energy required for regeneration from a trombe wall. In this system, first, the components of the desiccant wheel, the trombe wall, and the insolation were separately modeled in MATLAB and then assembled. The integrated system may be examined in all humid weather conditions around the globe. The results of the model are compared with the experimental results and have acceptable agreement with each other. The model had been developed for cooling the building in July in Rasht city by using the ground heat exchanger. A ground coil was incorporated in this system to pre-cool the process air. The optimal surface area of the trombe wall was extracted as a function of the parameters of the desiccant wheel. For a wall output temperature of 66 °C, the comfort temperature was found to be 24 °C, the humidity ratio to be 12 gw/kgra, and the optimal wall surface area to be around 52 m2.Keywords: Trombe wall, Desiccant Wheel, Humid Climate, optimization
-
Organic Rankine Cycles are appropriate technology for the conversion of low quality thermal energy to electrical power. In this research the organic Rankine cycle was studied from energy, exergy and exergo-economic points of view, and it was simulated with hybrid solar and geothermal heat source in order to produce electricity and hot water. In this configuration, 90℃ geothermal brine was used to preheat the organic fluid and 150℃ solar fliud was used for organic fluid evaporation. Waste heat in condenser was also used to produce hot water. Simulation results show that power energy and exergy efficiency of combined heating are 0.566 and 0.156 and electrical energy and exergy efficiency are 0.057 and 0.065, respectively. Moreover, the amount of work output and total irreversibility are 50 and 671.1, respectively. Solar collector, the evaporator and condenser are the most important components from the exergo-economic point of view, due to the high initial cost rate and Exergy destruction. Parametric analysis result shows that the temperature increase in evaporator has positive effect on cycle operation and causes the increase in electricity efficiency and decrease in irreversibility. Also, the increase in pinch point temperature difference of evaporator has a negative effect on cycle operation. From economic point of view, the increase in evaporator and pinch point temperature difference of evaporator causes the decrease in capital coast rate. Also, the solar radiation change find to have positive effect on system operation, based on exergo-economic point of view, which causes the increase in energy and exergy efficiency.Keywords: Exergo-economic, CHP cycle, Organic Rankine cycle, Parametric study, Renewable energy
-
In this study, turbulent mixed convection heat transfer and pressure drop of Al2O3/water nanofluid in helically coiled tube heat exchangers were investigated. Thermo-physical properties of nanofluid and base fluid were considered temperature dependent and analysis for helical coils, with curvature ratios of 0.1, 0.0666 and 0.05, and nanoparticles with volume concentrations in the range of 0-2% in various Reynolds number were carried out. CFD analysis was done by 3D realizable ke turbulent model in ANSYS FLUENT 15. According to the results, it was shown that by increasing the coil curvature ratio and nanoparticles volume concentrations in a same Reynolds number, heat transfer coefficient and pressure drop of helical coils both increased. Using numerical data, a correlation for predicting outer Nusselt number in terms of Rayleigh number in helical coils were proposed. Thermal performance index were compared in various conditions and the maximum value was noticed for coil with a curvature ratio of 0.1 and nanoparticles volume concentrations of 2%. Results showed that using nanofluid and helical coils instead of base fluid and straight pipes, improves thermal performance of the heat exchangers.Keywords: Nanofluid, CFD, Heat transfer, Pressure drop, Helical coils
-
با توجه به افزایش روزافزون مصرف و هزینه انرژی های تجدید ناپذیر مانند گازطبیعی و الکتریسیته، استفاده از انرژی های پاک و تجدیدپذیر مانند انرژی گرمایی خورشید، امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق، ابتدا سیکل رانکین بخار ساده و دو پیکره بندی مختلف سیکل ترکیبی رانکین بخار و رانکین آلی با محرک کلکتور خورشیدی سهموی خطی، از منظر انرژی و اگزرژی شبیه سازی گردیده است. پیکره بندی اول، سیکل بخار ساده با محرک کلکتور سهمی خطی بوده و دو پیکره بندی سیکل ترکیبی به این شکل عمل می کنند که در پیکره بندی دوم (سیکل ترکیبی با مبدل واسطه)، با افزایش فشار کندانسور بخار، از دفع گرما در آن به عنوان محرک دما پایین سیکل رانکین آلی استفاده می شود و در پیکره بندی سوم (سیکل ترکیبی بدون مبدل واسطه)، از سیال محرک خورشیدی کاهش دما یافته خروجی از اواپراتور سیکل بخار، به عنوان محرک سیکل رانکین آلی استفاده می شود. نتایج شبیه سازی در حالت ورودی پایه نشان می دهد که پیکره بندی سوم بیشترین مقدار کار و بازگشت ناپذیری و پیکره بندی دوم کمترین کار و بازگشت ناپذیری را دارا است که در این حالت افزایش فشار کندانسور سیکل بخار باعث می گردد که کار سیکل ترکیبی با مبدل واسطه از کار سیکل بخار ساده نیز کمتر گردد. از سوی دیگر پیکره بندی دوم بیشترین مقدار بازده انرژی و اگزرژی خورشیدی را در میان سه پیکره بندی دارا می باشد که این مورد به دلیل کاهش مساحت کلکتور مورد نیاز در این پیکره بندی استکلید واژگان: سیکل ترکیبی رانکین بخار و آلی، کلکتور سهمی خطی، اگزرژی، تحلیل پارامتریConsidering the daily increase of consumption and expense of nonrenewable energies such as natural gas and electricity, application of clean and renewable energies such as solar thermal energy nowadays has been highly taken into consideration. In this research, at first, simple steam Rankine cycle and two different configurations of combined steam and organic Rankine cycles with parabolic trough solar collector as heat source are simulated from energetic and exergetic point of view. First configuration was basic steam rankine cycle with parabolic trough solar collector (PTSC) as heat source, and other configurations of the combined cycle worked as follows: In the second configuration (combined cycle with intermediate heat exchanger), with the increase of steam condenser pressure, heat dissipation in condenser is used as heat source for bottoming organic Rankine cycle and in the third configuration (combined cycle without intermediate heat exchanger), reduced-temperature solar fluid moving output of steam rankine cycle acted as the organic Rankine cycle heat source. Simulation results in the basic input state show that third configuration has the maximum amount of work and irreversibility and second configuration has the minimum amount of work and irreversibility which in this case, increase in the steam cycle condenser pressure leads to the reduction of work of combined cycle with intermediate heat exchanger, even lower than the simple steam cycle. On the other hand, second configuration has the maximum solar energy and exergy efficiency among three configurations which is due to the reduction of collector area required in this configuration.Keywords: Combined steam, organic rankine cycle, parabolic trough solar collector, Exergy, parametric study
-
در این تحقیق سیکل رانکین بازیاب آب- آمونیاک با محرک انرژی خورشیدی و دفع گرما به گاز طبیعی مایع شده در کندانسور، از منظر انرژی، اگزرژی و اگزرژی- اقتصادی شبیه سازی می شود. به منظور برقراری اختلاف دمای پینچ مبدل های حرارتی از یک روش نسبتا جدید استفاده شده که منجر به بهبود عملکرد ترمودینامیکی و افزایش توان خروجی سیستم می شود. همچنین با بکار بردن روابط جزییات انتقال حرارتی مربوط به مبدل حرارتی پوسته و لوله، مبدل های حرارتی شبیه سازی می شوند. نتایج حالت پایه نشان دهنده عملکرد مناسب سیکل گاز طبیعی از منظر ترمودینامیکی و اگزرژی-اقتصادی بوده و اهمیت به کارگیری سیکل گاز طبیعی را مشخص می سازد. کلکتور و کندانسور سیکل آب-آمونیاک نیز به عنوان اجزایی معرفی می شوند که باید بیشتر از سایر اجزا از منظر اگزرژی- اقتصادی مورد توجه قرار گیرند، چون بیشترین مقدار نرخ هزینه متعلق به این اجزا می باشد. نتایج تحلیل پارامتری نشان می دهد که در فشارهای بالای ورودی توربین آب-آمونیاک بازده اگزرژی و هزینه کلی سیستم مقادیر مناسب تری دارند در حالی که توان خالص خروجی سیستم کاهش می یابد. همچنین تغییرات پارامترهای خروجی با تغییر کسر جرمی آمونیاک دارای روند پیچیده ای می-باشد. در نهایت با افزایش اختلاف دمای پینچ در مبدل های حرارتی میزان افت عملکرد ترمودینامیکی سیستم بیشتر از میزان بهبود عملکرد اقتصادی سیستم می باشدکلید واژگان: انرژی خورشیدی، سیکل رانکین آلی آب- آمونیاک، سیکل گاز طبیعی، اگزرژی، اگزرژی- اقتصادیIn this research, ammonia-water regenerative Rankine cycle driven by solar energy and LNG as its heat sink in condenser, is simulated from the energy, exergy and exergoeconomic point of view. A relatively new method is used to implement pinch temperature difference in heat exchangers which causes improving of the thermodynamic performance and output power of the system. Also heat exchangers are simulated by using heat transfer correlations of shell and tube heat exchanger in details. The results of based condition showed the suitable performance of natural gas cycle from the thermodynamic and exergoeconomic point of view and notifies the importance of using the natural gas cycle. Solar collector and condenser of ammonia-water cycle because of their high cost value, are introducing as the components that shoud be more concidered from the exergoeconomic viewpoint. The parametric analysis results show that in high inlet pressure of ammonia-water turbine, the exergy efficiency and the total cost of the system heve more suitable values while the net output power of the system decreases. Also by changing the ammonia mass fraction, changing of output parameters has a complicated patern. Finally by increasing the pinch temperature difference in heat exchangers, the decreased amount of systems thermodynamic performance is more than the amount of systems economical performance improvement.Keywords: Solar Energy, Ammonia, Water Rankine cycle, LNG cycle, Exergy, Exergoeconomic
-
در این تحقیق، ابتدا سیکل ترکیبی رانکین بخار و رانکین آلی، با بازیافت گازهای اتلافی دما بالا، از منظر انرژی و اگزرژی- اقتصادی شبیه سازی گردیده است. پیکره بندی سیکل ترکیبی به این صورت است که گاز اتلافی دما بالا، ابتدا به عنوان محرک اواپراتور سیکل بخار عمل کرده و گاز اتلافی کاهش دما یافته خروجی از اواپراتور سیکل بخار، به عنوان محرک دما پایین اواپراتور سیکل آلی مورد استفاده قرار می گیرد. سپس تاثیر تغییر پارامترهای مختلف مانند دمای اواپراتور و کندانسور سیکل بخار و اختلاف دمای پینچ، بر روی مقادیر کار خروجی، بازگشت ناپذیری کلی، بازده انرژی، بازده اگزرژی و متغیرهای اگزرژی- اقتصادی بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که در حالت پایه، بازده انرژی و اگزرژی سیکل ترکیبی به ترتیب 0.2782 و 0.5279 بوده و مقدار کار خروجی و بازگشت ناپذیری کلی نیز به ترتیب71401 کیلووات و43616 کیلووات می باشند. فاکتور اگزرژی- اقتصادی کلی برای سیکل ترکیبی نیز، 12.47 درصد است که نشان دهنده بالا بودن مقدار تخریب اگزرژی در اجزا بوده، بطوریکه بالا بردن قیمت ابتدایی در اجزای مختلف به منظور بهبود عملکرد سیستم توصیه می گردد. اواپراتور، توربین و کندانسور سیکل بخار، اجزایی هستند که باید از منظر اگزرژی-اقتصادی مورد توجه قرار بگیرند، به دلیل اینکه بالاترین مقدار مربوط به مجموع نرخ هزینه ابتدایی و هزینه تخریب اگزرژی را دارا می باشند..کلید واژگان: سیکل ترکیبی رانکین بخار و آلی، اگزرژی، اگزرژی، اقتصادی، تحلیل پارامتریIn this study, at first the combined steam and organic Rankine cycles, have been stimulated with high-temperature wasted hot gases recovery, from the energy and exergoeconomic points of view. In the configuration of the combined cycles, the high-temperature wasted gases acts as the source of steam cycle evaporator, then the decreased temperature exhaust gas of the steam cycle evaporator, is used as the low temperature source of organic cycle evaporator. Afterward the effects of changing different parameters such as temperature of the evaporator and condenser of steam cycle and pinch temperature difference, on the amount of total output work, total irreversibility, energy efficiency, exergy efficiency and exergoeconomic variables have been checked. The results in base state show that, energy and exergy efficiency of combined cycles are 0.2782 and 0.5279 respectively and the amount of output work and total irreversibility are 71401kW and 43616kW respectively. Total exergoeconomic factor for the combined cycles is 12.47 percent, which represents a high exergy destruction in components and recommends raising the initial cost of components in order to improve the performance of system. The evaporator, turbine and condenser of steam cycle, are the components that should be considered from the perspective of the exergoeconomic, because they contains the maximum amount of total initial costs and the cost of exergy destruction.Keywords: Combined steam, organic Rankine cycles, Exergy, Exergoeconomic, Parametric analysis
-
در این مطالعه، عملکرد یک سیستم تولید همزمان با سیال عاملهای مختلف و بهینه سازی آن از نظر اقتصادی مورد مطالعه قرار گرفته است. از مدل اگزرژی و اگزرژی- اقتصادی برای بررسی عملکرد سیستم با تکیه بر هزینه محصولات، استفاده شده است. سه حالت برای تحلیل و بهینه سازی سیستم در نظر گرفته شده است که عبارتند از: میزان تولید هیدروژن، توان سرمایش تولید شده و هزینه های تولید. نتایج نشان می دهد که دی اکسید کربن و ان- اکتان عملکرد بهتری به ترتیب در میزان تولید هیدروژن و تولید سرمایش دارند. مجموع هزینه های محصولات برای هر دو سیال عامل با افزایش دمای ورودی دیگ بخار و توربین و کاهش دمای چگالش، کاهش می یابد. در حالیکه، برای دی اکسید کربن، هزینه محصولات در یک فشار بهینه ورودی توربین به مینیمم مقدار خود می رسد. نتایج نشان می دهد برای دی اکسید کربن با کاهش تولید هیدروژن از مقدار 811/1 لیتر بر ثانیه به 757/1 لیتر بر ثانیه، مجموع واحد هزینه های محصولات 5/8% کاهش می یابد و برای ان- اکتان با کاهش توان سرمایشی تولیدی از مقدار 599/9 کیلووات به 622/6 کیلووات، مجموع واحد هزینه های محصولات 4/47% کاهش می یابد. کندانسور بیشترین نرخ تخریب را در میان اجزای سیستم دارد بطوریکه نرخ تخریب اگزرژی کندانسور در حالت بهینه هزینه تولید کمتر از حالتهای دیگر است. در دو سیکل دی اکسید کربن و ان- اکتان، مجموع نرخ تخریب اگزرژی و هزینه سرمایه گذاری در حالت بهینه توان سرمایشی بیشترین مقدار و در حالت بهینه هزینه کمترین مقدار است.
کلید واژگان: اگزرژی، اقتصادی، گذر بحرانی دی اکسید کربن، ان اکتان، تولید همزمان، الگوریتم زنتیکThe performance of a cogeneration cycle with various working fluids is investigated and optimized with an economic approach. Exergy and exergoeconomic models are developed to investigate the thermodynamic performance of the cycle, and to assess the cost of products. In this study, the dynamic model would be registered to search the system behavior during a day. In this study, hydrogen production rate optimal design (HPROD) refrigeration power optimal design (RPOD) and cost optimal design (COD) are considered for analysis and optimization. According to recent parametric studies, boiler, turbine and condensation temperature and turbine inlet pressure affect the unit cost of products significantly. The results show the carbon dioxide and n-octane has a better operation to produce of hydrogen and refrigeration power among other working fluids, respectively. It is observed that, in carbon dioxide cycle, the SUCP is decreased by 8.5% when hydrogen production rate is decreased from 1.811 lit/s to 1.757 lit/s, therefore, in n-octane cycle, SUCP is decreased by 47.4% when refrigeration power is decreased from 9.599 KW to 6.622 KW. The evaluation of exergy destruction demonstrates in which the condenser has the highest exergy destruction, therefore, its rate in COD case is the lowest among the three other states. The results indicate, in carbon dioxide and n-octane cycles, the total exergy destruction and the investment cost rates in the RPOD case is higher than any other cases.Keywords: Exergoeconomic, CO2 transcritical, n, octane, Cogeneration, Genetic algorithm
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.