فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و دوم شماره 2 (اردیبهشت 1399)
  • سال پنجاه و دوم شماره 2 (اردیبهشت 1399)
  • تاریخ انتشار: 1398/12/19
  • تعداد عناوین: 16
|
  • ابراهیم ابراهیمی* صفحه 1

    در این مطالعه، تاثیر استفاده از ترکیب یک ماده تغییر فاز (PCM) و نانوذرات CuOبه عنوان عامل خنک ساز بر روی عملکرد یک ماژول فتوولتائیک (PV) به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. ماده تغییر فاز که در محفظه پشت ماژول قرار گرفته و از طریق میلی لوله های مارپیچی با آب سرد خنک سازی شده است. ماده تغییر فاز به دلیل دریافت مقدار زیادی ازگرمای سطح ماژول و درنتیجه کنترل ظرفیت حرارتی سیستم به افزایش راندمان آن کمک می کند. اثر غلظت نانوذرات CuO (wt %4-5/0) و مقدار ماده تغییر فاز (kg 25/2-1) بر پارامترهای مختلف مانند دمای سطح ماژول، افزایش توان ماکزیمم و بازده خنک سازی ماژول PV مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشان داد که استفاده از PCM خالص به طور چشمگیری باعث کاهش دمای سطح ماژول از ºC 34 /58 به ºC 7/51 شده است. همچنین، داده ها نشان داد که افزودن نانوذرات CuO به PCM خالص منجر به افزایش بازده خنک سازی و توان تولیدی از ماژول شده است. افزایش وزن PCM خالص وترکیب PCM با CuO 4% ازkg 1 به kg 25/2 منجر به کاهش دمای سطح ماژول به ترتیب از 7/51 به ºC 1/48 و از 45 به ºC 9/42 شده است. همچنین، با افزایش غلظت نانوذرات در ماده تغییر فاز، بازده خنک سازی و مقدار توان تولیدی افزایش یافته و بالاترین مقادیر آن ها به ترتیب برابر% 87/22 وW 46/3 مربوط به حالت استفاده از PCM kg 25/2 و CuO 4% می باشد.

    کلیدواژگان: مواد تغییر فاز، فتوولتائیک، اکسید مس، خنک سازی
  • معین کریمی تکلو، فرامرز سرحدی*، فاطمه صبح نمایان صفحه 2

    سیستم تحقیق حاضر یک آب شیرین کن خورشیدی حوضچه ای است که به زیر آن یک بازتابنده منحنی شکل متصل می باشد و یکسری سلول فتوولتائیک بر روی شیشه چگالنده آن تعبیه شده است. لذا سیستم مذکور علاوه بر تولید آب شیرین، برق نیز تولید می کند. با نوشتن موازنه انرژی برای اجزای مختلف سیستم، عباراتی برای محاسبه دمای سلول فتوولتائیک، دمای شیشه چگالنده، دمای آب و دمای صفحه جاذب به دست آمده است. همچنین بازدهی گرمایی و الکتریکی سیستم نیز معرفی شده اند. نتایج شبیه سازی تحقیق حاضر در توافق خوبی با داده های آزمایشگاهی مراجع گذشته است. بر مبنای مطالعات پارامتری انجام گرفته مشخص شد که افزایش عمق آب حوضچه، از تولید آب شیرین می کاهد و تاثیر آن در تولید برق محسوس نیست. افزایش سلول های فتوولتائیک باعث کاهش تولید آب شیرین و افزایش تولید برق می شود. افزایش سرعت وزش باد، باعث افزایش تولید آب شیرین و برق می شود. افزایش مساحت حوضچه، باعث افزایش تولید آب شیرین و برق می شود. همچنین افزایش سلول های فتوولتائیک به ترتیب باعث افزایش بازدهی الکتریکی و کاهش بازدهی گرمایی و درمجموع باعث کاهش بازدهی کل سیستم می شود. افزایش عمق آب حوضچه در بازدهی الکتریکی بی تاثیر است ولی بازدهی گرمایی و درمجموع بازدهی کل سیستم را کاهش می دهد.

    کلیدواژگان: آب شیرین کن خورشیدی حوضچه ای، جاذب معکوس، سلول های فتوولتائیک، تحلیل انرژی
  • اسماعیل ابراهیمی فردویی، کیومرث مظاهری* صفحه 3

    هدف از مطالعه حاضر شبیه سازی عددی مشعل بدون شعله همراه با تزریق دی اکسید کربن درون جریان اکسیدکننده با استفاده از نرم افزار متن باز اپن فوم است. همچنین اثر مقادیر مختلف دمای پیش گرمایش اکسید کننده در آن مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور انجام شبیه سازی ها از مدل احتراقی PaSR، مدل توربولانسی k-ε استاندارد با ضرایب اصلاح شده و همچنین مدل تشعشعی فاز گسسته همراه با محاسبه ضرایب جذب و گسیل با استفاده از مدل WSGGM با ضرایب گاز غیرخاکستری استفاده شده است. نتایج بدست آمده از مطالعه حاضر نشان دهنده آن است که اثرات فیزیکی ناشی از تزریق دی اکسید کربن منجر به کاهش میزان آزادسازی حرارت و میزان کربن مونوکسید تولید شده می گردد در حالی که اثرات شیمیایی این تزریق منجر به افزایش قابل توجهی در این مقادیر می شود. افزایش میزان کسر جرمی تزریق از 0.25 به 0.75 منجر به تغییر بیشینه کسر جرمی مونوکسید کربن تولید شده از 0.05 به 0.072 می شود. همچنین با افزایش دمای اکسیدکننده بر تاثیر شیمیایی تزریق بر روی ساختار شعله و انتشار آلاینده مونوکسید کربن افزوده می شود. همچنین تاثیر شیمیایی تزریق CO2 بر روی تولید آلاینده ناکس به صورتی است که با افزایش دما منجر به افزایش میزان ناکس منتشر شده می شود.

    کلیدواژگان: احتراق بدون شعله، تاثیر فیزیکی و شیمیایی، تزریق دی اکسید کربن، ساختار شعله، توزیع آلاینده
  • محمد مهدی کشتکار*، الهه غلامیان صفحه 4

    در این تحقیق یک سیکل تبرید تراکمی آبشاری دو مرحله ای با مبردهای مختلف به صورت ترمودینامیکی بررسی شده و سپس تک تک اجزاء سیکل با رویکرد دستیابی به حجم کمتر مورد مطالعه قرار می گیرد. متغیرهای عملکردی شامل دمای تبخیر، نسبت فشارکمپرسور و مقدار کار ورودی در هر دو سیکل دما بالا و دما پایین می باشند و ظرفیت سرمایشی به عنوان قید مسئله در نظر گرفته شده است. با تغییر مبردهای سیکل دما بالا و دما پایین، تغییر حجم اجزاء مورد استفاده و تغییر ضریب عملکرد سیستم بررسی می گردد. نتایج نشان می دهند که کمترین حجم سیستم با استفاده از مبردR-134a ، در سیکل دما بالا و مبردهای R-508B و R-23 در سیکل دما پایین به دست می آید. نتایج نشان دادند در دماهای تبخیر پایین حجم کمپرسور مورد استفاده به شدت وابسته به مقدار ظرفیت سرمایشی است. به نحوی که در دمای تبخیر TE=173K، با دو برابر شدن ظرفیت سرمایشی از W 100 تا W 200 ، حجم کمپرسور از cm3 9100 به میزان 2/3 برابر افزایش می یابد. همچنین مشاهده گردید با افزایش دمای تبخیر، حجم کندانسور هوایی کاهش می یابد و در دمای تبخیر K173، با دو برابر شدن ظرفیت سرمایش از W 100 تا W 200، حجم کندانسور هوایی در سیستم دو مرحله ای آبشاری از cm3 4500 به cm3 13000 افزایش می یابد و با افزایش دمای تبخیر تغییر در افزایش حجم به واسطه تغییر ظرفیت سرمایشی کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: تحلیل ترمودینامیکی، تبرید تراکمی آبشاری، دو مرحله ای، جفت سیال، کاهش حجم
  • محسن پورفلاح*، سید امید داعی نیاکی، آرین زارع قادی صفحه 5

    نگرانی های آینده برای محدود بودن منابع فسیلی و همچنین کاهش آلاینده های زیست محیطی، استفاده از انرژی های تجدید پذیر نظیر زمین گرمایی به همراه انرژی خورشیدی را گسترده می سازد. وجود این انرژی در کشور باعث می شود تا از آن برای گرمایش و یا سرمایش فضاهای مسکونی و تجاری بهره برده شود. در این مقاله بار حرارتی خانه ای ساخته شده طبق استانداردهای کارآمد انرژی، شبیه سازی می شود. سیستم تهویه مطبوع مبتنی بر پمپ حرارتی زمین گرمایی و کلکتور خورشیدی با استفاده از نرم افزار ترنسیس، بر روی خانه مدل سازی شده و تاثیر استفاده از گرمایش جزء بازیاب انرژی از آب هدررفت در سیستم، عملکرد فنی-اقتصادی سیستم در شهرهای مختلف کشور به لحاظ اقلیمی و کارایی جزء کلکتور خورشیدی بر روی متوسط دمای ذخیره سازی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که گرمایش استفاده شده از جزء بازیاب باعث افزایش 0/9 درصدی بر روی دمای سیال ورودی به پمپ حرارتی در یک بازه پنج ساله و افزایش 1/9 درجه سلسیوسی بر روی میانگین دمای سیال تانک آب گرم طی یک سال می شود. کارایی سیستم در اقلیم های گرم و خشک با هزینه راه اندازی 25047 دلار بهتر از نقاط دیگر کشور است.

    کلیدواژگان: انرژی زمین گرمایی، انرژی خورشیدی، پمپ حرارتی زمین گرمایی، نرم افزار ترنسیس
  • حسنعلی ازگلی*، کیوان سیدی نیاکی صفحه 6

    در این پژوهش، تاثیر استفاده از یک لایه تبخیری مرطوب در هوای ورودی به کندانسور، بر روی عملکرد کولر گازی اسپلیت مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین، با ارائه ابتکاری جدید، آب تخلیه تولید شده از تقطیر رطوبت موجود در هوای داخل، جمع آوری و در لایه تبخیری کندانسور به مصرف رسیده است. هوای عبوری از روی سطح کویل کندانسور، پیش از ورود به کندانسور در اثر تماس با لایه تبخیری و به تبع آن گرفتن گرمای نهان تبخیر آب از هوا، کاهش دما پیدا میکند. در نتیجه این کاهش دمای هوای ورودی، فشار و دمای مبرد داخل کندانسور کاهش می یابد. این امر باعث کاهش مقدار کار انجام شده توسط کمپرسور و همچنین افزایش اثر تبرید و ضریب عملکرد دستگاه میشود. مطالعات تجربی صورت گرفته و نتایج به دست آمده از آزمایش نمونه ساخته شده نشان داد که در اثر کاهش دمای هوای ورودی به کندانسور با استفاده از این طرح سرمایش تبخیری، به طور متوسط مصرف انرژی الکتریکی بیش از 12 درصد کاهش و ضریب عملکرد به مقدار 1/15 درصد افزایش داشته است. همچنین، علیرغم اثرات مطلوب مکانیزم ارائه شده در این تحقیق بر روی ضریب عملکرد و میزان مصرف انرژی سیستم، نتایج تحلیلهای پارامتریک نشان از کاهش اثربخشی سیستم کندانسور تبخیری با افزایش دما و رطوبت نسبی محیط داشته است. بطوریکه درصد تغییرات ضریب عملکرد سیستم با افزایش دمای محیط (از 5/30 به 5/44 درجه سلسیوس) از %22/18 به %05/15 و همچنین با افزایش رطوبت نسبی محیط (از 35 به 70 درصد) از %14/18 به %4/6 کاهش مییابد.

    کلیدواژگان: کولر گازی اسپلیت، آب تخلیه، کندانسور تبخیری، کاهش مصرف انرژی، ضریب عملکرد
  • عباس مرادی بیلندی، محمد جعفر کرمانی*، هادی حیدری، محمد مهدی عبداله زاده سنگرودی صفحه 7

    در این پژوهش، شبیهسازی جریان تکفاز و دوفاز، همدما، گذرا و در حالت دوبعدی برای سمت آند پیل سوختی غشاء پلیمری صورت گرفته است. در این تحقیق، ابتدا اثر ورود مونواکسید کربن به همراه هیدروژن ورودی به آند بر عملکرد پیل سوختی بهصورت پایا موردبررسی قرارگرفته است. سپس رفتار گذرای پیل سوختی تحت مسمومیت CO و تاثیر تزریق هوا به هیدروژن بر میزان بازگشت چگالی جریان ازدسترفته بررسی شده است. بهمنظور اعتبارسنجی مدل، نتایج عددی بهدستآمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شدهاند و تطابق قابل قبولی مشاهدهشده است. بر اساس نتایج، حتی در غلظتهای بسیار کم CO نیز چگالی جریان بهشدت کاهش مییابد)کاهش حدود 70 % چگالی جریان در غلظت ppm 10 در حدود 30 دقیقه(. تزریق مقدار کمی هوا به هیدروژن ورودی منجر به بازگشت سریع چگالی جریان ازدسترفته میگردد)بازگشت حدود 00 % چگالی جریان اولیه در مدت 2 دقیقه در اثر تزریق 5% هوا در غلظت ppm 53 (. افزودن درصد هوای بالاتر تنها منجر به بهبود ناچیزی در عملکرد پیل سوختی میگردد.

    کلیدواژگان: آند پیل سوختی غشاء پلیمری، جریان دوفاز، شبیه سازی عددی، آلایندگی مونواکسید کربن، تزریق هوا
  • نقی آقازاده، شهرام خلیل آریا، صمد جعفر مدار، عطا چیت ساز خویی* صفحه 8

    در این تحقیق، مطالعه پارامتریک و بهینه سازی سیستم تولید سه گانه جدید پیل سوختی اکسید جامد با سوخت هیدروژن، توربین گاز، مولد بخار بازیافت حرارت، چرخه تبرید جذبی گکس و مبدل بازیافت حرارت جهت تولید توان، سرمایش و گرمایش موردبررسی قرارگرفته است. برخلاف بیشتر تحقیقات انجام شده که مولد بخار بازیافت حرارت را پایین دست چرخه تبرید قرار داده بودند، در این تحقیق به منظور مدیریت گرمای هدر رفت، مولد بخار بازیافت حرارت در بالادست چرخه تبرید قرار داده شده است. با توجه به اهمیت نقش پیل سوختی در سیستم معرفی شده تحلیل الکتروشیمیایی کاملی در پیل انجام شده و در تمام شرایط کاری دمای پیل محاسبه می شود. در ادامه، بامطالعه پارامتریک سیستم ترکیبی اشاره شده، تاثیرات چگالی جریان، ضریب مصرف سوخت، نسبت فشار کمپرسور و ضریب بهره برداری هوا بر روی پارامترهای عملکردی سیستم، بررسی شده است. پس از بررسی پارامتریک، بهینه سازی سیستم به روش الگوریتم ژنتیک به منظور تعیین نقاط بهینه عملکردی انجام گرفته است. با توجه به نتایج بهینه سازی و اگزرژواکونومیکی سیستم بهینه ، کمینه مجموع هزینه واحد اگزرژی محصولات، نرخ هزینه تخریب اگزرژی و ضریب اگزرژواکونومیکی کل سیستم بهینه به ترتیب 2/277 دلار بر گیگا ژول، 8/40 دلار بر ساعت و 8/27 درصد حاصل شدند؛ بنابراین افزایش هزینه سرمایه گذاری اولیه اجزا می تواند عملکرد اگزرژواکونومیکی سیستم را بهبود بخشد.

    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد لوله ای، تولید سه گانه، مولد بخار بازیافت حرارت، اگزرژواکونومیک، بهینه سازی
  • شهریار کوراوند*، علی ماشاالله کرمانی صفحه 9

    کاهش آلودگی هوا در هنگام مصرف سوخت مازوت از جمله نیازهای ضروری بخش نیروگاهی برای جلوگیری از بروز آسیب های زیست محیطی می باشد. از طرفی آلودگیهای سمی موجود در هوا با نزولات جوی ترکیب شده و بارانهای اسیدی به وجود می آورند، لذا اثر تخریبی آنها زیاد می گردد. پژوهش حاضر به بررسی ویژگی های مکانیکی و متالوژیکی رسوب های حاصل از احتراق سوخت مازوت بر روی مشعل و لوله های سوپر هیت های نیروگاه ایرانشهر و همچنین میزان آلاینده های آن می پردازد. سپس مطالعات و تحلیل و بررسی در زمینه عوامل ایجاد آلودگی زیست محیطی در هنگام مصرف سوخت مازوت انجام می شود. همچنین روش های نوین کاهش این آلودگی ها و استفاده از فناوریهای جدید بررسی و بهترین راه حل برای کاهش این آلاینده ها و حفظ محیط زیست در نیروگاه ایرانشهر مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرد. با تعیین ده ملاک اصلی، از بین همه روش ها دو روش نانوامولسیون مازوت و روش FGD تر انتخاب و پیشنهاد شده است. علاوه بر این با امکان سنجی استفاده از فناوری های جدید روش ایده الی برای کاهش آلودگی ناشی از احتراق سوخت مازوت در نیروگاه ایرانشهر انجام گردیده است.

    کلیدواژگان: خاکستر، آلودگی، مازوت، نیروگاه، نانو امولسیون
  • طالب زارعی*، رضا بهیاد صفحه 10

    گلخانه آب دریایی با استفاده از روش رطوبت زنی و رطوبت زدایی می تواند از آب های شور و لب شور نمک زدایی کرده و آب شیرین تولیدی را برای مصارف کشاورزی گلخانه و هم مصارف شرب مورد بهره برداری قرار دهد. پارامترهای زیادی بر عملکرد گلخانه آب دریایی تاثیرگذار هستند. در این مطالعه با استفاده از روش هوشمند شبکه عصبی مصنوعی به بررسی پارامترهای عرض و طول گلخانه، ارتفاع اواپراتور اول و ضریب گذردهی بر روی میزان مصرف انرژی در گلخانه آب دریایی پرداخته شده است. شبکه های عصبی مصنوعی پرسپترون چند لایه برای مدلسازی مورد استفاده قرار گرفته است. ساختار مناسبی برای این روش به دست آمد و برای ارزیابی عملکرد شبکه از آمارهای ریاضی %AARE، RMSE و R2 استفاده شده است. روش موجود تطبیق خوبی با داده های آزمایشگاهی دارد. با استفاده از شبکه بهینه ایجاد شده، تاثیر هر پارامتر بر میزان مصرف انرژی مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت گلخانه ای با 125 متر عرض، 200 متر طول، ارتفاع اواپراتور برابر 4 متر و ضریب گذردهی 6/0 که دارای آب شیرین تولیدی 6/161 مترمکعب در روز و 558/1 کیلووات ساعت بر متر مکعب مصرف انرژی می باشد، به عنوان گلخانه آب دریایی بهینه معرفی شد.

    کلیدواژگان: گلخانه آب دریایی، آب شیرین کن، مصرف انرژی، شبکه عصبی مصنوعی، پرسپترون چند لایه
  • امین جودت* صفحه 11

    در این مطالعه با استفاده از اندازه گیری های آزمایشگاهی در دامنه گسترده ای از پارامترهای مواج سطح، دمای آب و سرعت هوا برای ، نرخ تبخیر در رژیم های همرفت طبیعی، ترکیبی و اجباری با هم مقایسه شده است. نتایج اندازه گیری شده نرخ تبخیر برای سطوح مواج نشان می دهد با افزایش پارامتر سطح مواج ، نرخ تبخیر رفتار متفاوتی را با تغییرات رژیم جریان همرفت نشان می دهد. در رژیم همرفت طبیعی، با افزایش نسبت ارتفاع به دوره تناوب موج، سطح تماس آب و هوا و القای آشفتگی به لایه مرزی بخار افزایش می یابد که این موضوع باعث افزایش نرخ تبخیر می شود، اما در مقادیر با توجه به نزدیک شدن موج ها به ناحیه شکست، وجود امواج ناپایدار، موجب افزایش بیشتر نرخ تبخیر می گردد. در رژیم-های همرفت ترکیبی و اجباری، علاوه بر وجود مناطقی مشابه رژیم همرفت طبیعی که افزایش سطح تماس آب و هوا، القای آشفتگی به لایه مرزی بخار و پاشش قطرات آب به فاز بخار سبب افزایش نرخ تبخیر می شود در ترکیب خاصی از سرعت جریان هوا و پارامترهای سطح مواج، در بازه ، کاهش غیرمنتظره نرخ تبخیر دیده می شود، علت این کاهش را می توان ناشی ازگردابه هایی دانست که می توانند در سمت باد پناه قله موج بوجود آیند.

    کلیدواژگان: امواج گرانشی، تبخیر، همرفت طبیعی، همرفت ترکیبی، همرفت اجباری
  • حمیدرضا نظیف* صفحه 12

    در این تحقیق معادلات کوپل یک بعدی انتقال رطوبت و حرارت در محیط متخلخل به روش تحلیلی، حل و بررسی شده است. این معادلات به دستگاه معادلات لوییکف معروف است. این دستگاه معادلات دارای مشتقات جزئی به صورت کوپل و ناهمگن بوده که با فرض عدم وابستگی ضرایب معادلات به مکان، زمان و متغیرهای وابسته، بصورت خطی در نظر گرفته می شوند. در روش ابتکاری ارائه شده در این بررسی، با توجه به کوپلینگ معادلات حاکم، ابتدا با فرض دستگاه معادلات مستقل از هم، جواب عمومی معادلات با استفاده از روش جداسازی متغیرها بدست می آید. سپس با در نظر گرفتن معادلات کوپل با استفاده از تبدیل لاپلاس جوابهای خصوصی معادلات به دست می آیند. در این پژوهش تاثیر ضرایب بی بعد همچون Lu , Fo , ε بر میزان انتقال حرارت و رطوبت مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده بیانگر تاثیر عدد لوییکف بر میزان کوپلینگ معادلات انتقال حرارت و رطوبت در جسم متخلخل موئینه می باشد. همچنین نتایج حاکی از وابستگی بسیار ناچیز ضریب تغییر فاز بر انتقال رطوبت است که این نتیجه در تحقیقات صورت گرفته توسط لوییکف نیز مطرح شده است.

    کلیدواژگان: محیط متخلخل، انتقال حرارت، انتقال جرم، معادلات ناهمگن، شرط مرزی دیریشله
  • احمدرضا رحمتی*، مجتبی سپهرنیا صفحه 13

    در کار حاضر، برای اولین بار، جریان گاز هلیم در یک چاه گرمایی آلومینیومی با میکروکانال های مستطیلی شکل، با لحاظ کردن انتقال حرارت توامان در بخش سیال و جامد و در نظر گرفتن شرط مرزی سرعت لغزشی و پرش دمایی، مورد بررسی عددی قرار گرفته است. در این پژوهش جریان گاز در محدوده عدد نادسن 006/0<Kn<048/0و با اعمال شار حرارتی 500 وات بر مترمربع به کف چاه درنظر گرفته شده است. معادلات حاکم بر جریان با استفاده از طرح بالا دست مرتبه دوم گسسته سازی شده و به کمک الگوریتم کاپلد در نرم افزار تجاری انسیس-فلوئنت حل شده اند. نتایج نشان می دهد با افزایش نسبت فشار ورودی به خروجی عدد نادسن ورودی و محلی کاهش می یابد. همچنین با افزایش عدد نادسن ورودی عدد پوازی محلی کاهش می یابد. اضافه براین، با افزایش عدد نادسن ورودی (کاهش نسبت فشار) عدد ناسلت متوسط ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد؛ در این خصوص با افزایش عدد نادسن از 006/0 به 024/0 عدد ناسلت متوسط 40/54% کاهش و با افزایش عدد نادسن از 024/0 به 048/0 عدد ناسلت متوسط 42/5% افزایش می یابد. با افزایش عدد نادسن مقاومت حرارتی پیوسته افزایش می یابد به طوری که با افزایش عدد نادسن از 006/0 به 048/0 مقاومت حرارتی 34/966% افزایش می یابد. همچنین با افزایش عدد نادسن ورودی، اثرات لغزش جریان افزوده شده و ضرایب لغزش و پرش دما افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: گاز هلیم، چاه گرمایی، میکروکانال، عدد ناسلت، عدد نادسن
  • علی اکبر عباسیان آرانی*، سیاوش غلامی قلعه ناظری صفحه 14

    میدان مغناطیسی، موج دار کردن مبدل و استفاده از ذرات نانو روش های نوینی است که برای بهبود عملکرد سیستم های حرارتی کاربردی می باشد. گردابه های جریانی که به وسیله ی تراشه های بیرون آمده و یا زائده هایی همچون پره یا بالچه تشکیل می گردند در بهبود پدیده انتقال حرارت بسیار موثرند. در این تحقیق به بررسی و مقایسه اثر میدان مغناطیسی و مولد ورتکس بر میدان جریان و انتقال حرارت به صورت تکی و همزمان درون مبدل حرارتی اعوجاجی پرداخته شده است. برای این منظور مبدل حرارتی اعوجاجی در هندسه های مختلف مولد ورتکس تحت میدان مغناطیسی در اعداد هارتمن و رینولدز مختلف نانوسیال شبیه سازی شده است. جریان تراکم ناپذیر با استفاده از معادلات ناویر استوکس، پایستگی جرم، مومنتم و انرژی شبیه سازی شده است. دستگاه معادلات غیر خطی حاکم، با استفاده از حلگر فشار مبنای نرم افزار فلوئنت و بر اساس روش حجم محدود به صورت صریح حل شده اند. معادلات آشفتگی با استفاده از روش بالادست مرتبه اول و همچنین معادلات مومنتم، پیوستگی و انرژی با روش بالادست مرتبه دوم گسسته سازی شده اند. نتایج نشان می دهند که با افزایش عدد رینولدز مقدار عدد ناسلت و ضریب اصطکاک به ترتیب افزایش و کاهش می یابد. همچنین با افزایش عدد هارتمن عدد ناسلت افزایش و ضریب اصطکاک کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: بهبود انتقال حرارت، مولد ورتکس، جریان مغشوش، مبدل حرارتی اعوجاجی
  • مجید دستمالچی*، علی عارف منش، قنبرعلی شیخ زاده صفحه 15

    بهبود انتقال حرارت در مبدل های حرارتی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در مقاله حاضر، روش های غیر فعال بهبود انتقال حرارت با استفاده از لوله های مارپیچ میکروفین دار و نانوسیال به صورت تجربی مطالعه شده است. در این کار تجربی جریان سیال و انتقال حرارت نانوسیال آب-اکسید آلومینیوم برای کسر حجمی های 0، 5/0 و 1 در لوله میکروفین دار مارپیچ شده با دو قطر متفاوت کویل مارپیچ و دو زاویه مارپیچ میکروفین °18 و °25 در یک مبدل حرارتی پوسته و لوله مارپیچ برای عدد دین در محدوده 500 تا 4000 مطالعه شده است. ضریب انتقال حرارت سمت لوله مارپیچ با استفاده از روش ویلسون پلات اندازه گیری شده است. روابط تجربی نیز بر اساس نتایج بدست آمده بر حسب عدد دین، زاویه مارپیچ فین، ارتفاع فین و کسر حجمی نانوسیال ارائه شده اند. بر اساس نتایج تجربی با میکروفین دار کردن لوله مارپیچ و افزایش زاویه میکروفین و استفاده از نانوسیال انتقال حرارت و افت فشار افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: مطالعه تجربی، لوله میکروفین دار داخلی، لوله کویل شده، روش ویلسون پلات، انتقال حرارت
  • محرم بهرام خو، کورش جواهرده*، فریده عتابی، ابوالقاسم امامزاده صفحه 16

    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.

    کلیدواژگان: دیوار ترومب، چرخ دسیکنت، مناطق مرطوب، بهینه سازی
|
  • Ebrahim Ebrahimi * Page 1

    In this work, the effect of using the mixture of a phase change material (PCM) and CuO nanoparticles as a cooling agent on the performance of a photovoltaic module have been investigated experimentally. The phase change material that located in a chamber at the backside of module is cooled with spiral cooper tubes. Results show that using pure PCM significantly causes to decrease in the surface temperature of module from 58.34 ºC to 51.7 ºC. In addition, data depicted that adding CuO nanoparticles to the pure PCM results in increasing the cooling efficiency and the produced power. Increasing the weight of pure PCM and the mixture of PCM-4% CuO from 1 kg to 2.25 kg results in decrease in the surface temperature of PV module from 51.7 ºC to 48.1 ºC and 45 ºC to 42.9 ºC, respectively. In addition, by increasing the nanoparticles in PCM, cooling efficiency and the produced power are increased and the highest values are 22.87% and 3.46 W attributed to the layout of using 2.25 kg PCM and 4% CuO.

    Keywords: Phase change material, Photovoltaic, CuO, cooling
  • Moien Karimi, Faramarz Sarhaddi *, Fatemeh Sobhnamayan Page 2

    Present study is a basin solar still system that a curvy inverted reflector is connected to the basin’s below and some photovoltaic cells are inserted on glass condenser. So, the system produces fresh water and electricity, simultaneously. By writing energy balance for different components of the system such as expressions for PV cells temperature, glass condenser temperature, water temperature, and absorber temperature are obtained. Also, the system thermal and electrical efficiency are introduced. Present study simulation results are in consistent with experimental data of the previous studies. Parametric study results show that increased water depth reduces fresh water productivity and it’s effect on electricity production is negligible. Increasing PV cells reduces fresh water productivity and raises electricity production. Increased wind velocity increases fresh water productivity and electricity production. Increase in Basin area increases fresh water productivity and electricity production. Also, increased PV cells increases electrical efficiency and reduces thermal efficiency, so overall, it decreases system overall efficiency. Water depth effect on electrical efficiency is negligible but, it decreases thermal efficiency and the overall efficiency of the system.

    Keywords: Basin solar still, inverted absorber, photovoltaic cells, energy analysis
  • Esmaeil Ebrahimi Fordoei, Kiumars Mazaheri * Page 3

    The purpose of the present study is numerical simulation of flameless burner with carbon dioxide injection into the oxidizer stream using open-source openFoam software. Also, the effect of different amounts of oxidizer preheating temperature has been studied. In order to perform simulations from the PaSR combustion model, the standard k-ε turbulence model with modified coefficients and discrete phase radiation model with calculation of adsorption and emission coefficients using WSGGM model with non-gray gas coefficients have been used. The results of the present study indicate that the physical effects of carbon dioxide degradation will reduce the amount of heat release and the amount of carbon monoxide produced, while the chemical effects of this injection result in a significant increase in these amounts. Increasing the mass fraction of injection from 0.25 to 0.75 leads to a change in the maximum mass fraction of carbon monoxide produced from 0.05 to 0.072. Also, the chemical effect of the injection changes the flame structure and increased carbon monoxide emissions by increasing the preheating temperature. The chemical effect of CO2 injection on the production of NOx pollutants is such that, with increasing temperature, the amount of NOx emission is increased.

    Keywords: Flameless Combustion, Physical, Chemical Effect, Carbon Dioxide Injection, Flame Structure, Pollution Distribution
  • Mohammad Mehdi Keshtkar *, Elahe Gholamian Page 4

    In this research a two-stage cascade refrigeration cycle with different refrigerants thermodynamically is analyzed and then every component of cycle with the approach to achieve the volume less is studied. Functional variables are including evaporation temperature, pressure ratio and the amount of input work in both high and low temperature cycle and cooling capacity as stated in issue is considered. With the change of refrigerants in high and low temperature circuits, variation the volume of the components and change the coefficient of performance of the system is investigated. The results show that the lowest volume of the system with refrigerant R-134a use in high temperature cycle and R-508B and R- 23 in low temperature cycle archives and the total volume of system reduce. It is observed that at low evaporation temperatures the compressor volume is highly dependent on the amount of cooling capacity. As for the evaporation temperature 173K, with increasing of cooling capacity from 100W to 200 W, the compressor volume from 9100 cm3 to 3.2 times increases. It is also seen with increasing the evaporation temperature, the volume of air cooled condenser volume of condenser reduces and it is observed that in the evaporation temperature 173K, with increasing of cooling capacity from 100 W to 200 W, the volume of air cooled condenser system in two-stage cascade increases from 4500 cm3 to 13000 cm3.

    Keywords: Thermodynamic analysis Cascade Refrigeration, Two Stage, Refrigerants Pairs, Volume Decreasing
  • Mohsen Pourfallah *, SEYED OMID DAEI NIAKI, Arian Zare Ghadi Page 5

    Future concerns for the limitation of fossil resources and the reduction of environmental pollutants will extend the use of renewable energies such as geothermal energy plus solar energy. The presence of this energy in the country makes it suitable for heating or cooling residential and commercial spaces. In this paper, the thermal load of a home built according to energy efficiency standards is simulated. The air conditioning system based on the geothermal heat pump and the solar collector is modeled on the house using the Transmission software, and the effect of using the heating element of energy recovery from waste water in the system, the technical-economic system performance in different cities of the country in terms of climate and efficiency The solar collector component is examined for the average storage temperature. The results show that the heating used by the recycling component increases the 0.9% increase in the temperature of the inlet to the heat pump in a five-year period and increases by 1.9 degrees Celsius on the average temperature of the hot water tank during one year. The system's performance in warm and dry climates is 25047 $ better than elsewhere in the country.

    Keywords: Geothermal energy, Solar Energy, Geothermal Heat pump, TRNSYS software
  • Hassan Ali Ozgoli *, Keyvan Seiedi Niaki Page 6

    In this study, the effect of using a wet evaporation layer in the inlet air of the condenser on the performance of split air conditioner has been investigated. Also, based on a new contribution, the drained water generated due to the ambient moisture distillation on the evaporator coil, collected and used in the evaporation layer. The temperature of passed air through the surface of the condenser coil is reduced before entering the condenser due to contact with the evaporation layer and water evaporation, and consequently capturing the latent heat of evaporation from the air. Thereby reducing the temperature of inlet air, the temperature and pressure of the condenser refrigerant decreases. It has caused to reduce the amount of compressor work and also increase the cooling effect and coefficient of performance. Applied experimental studies and results of prototype test showed that by reducing the temperature of condenser inlet air using proposed evaporative cooling system, the average electrical energy consumption decreases more than 12% and the coefficient of performance increases about 15.1%. Also, despite the desired effects of the proposed mechanism on the coefficient of performance and system energy consumption, the results of parametric studies indicated that effectiveness of the evaporative condenser reduced due to the ambient temperature and relative humidity. So that, the system performance changes decreases with increasing ambient temperature (30.5 to 44.5 Celsius) from 18.22% to 15.05%, and also it declines from 18.14% to 6.4%, as well as reduction of the relative humidity (from 35 to 70 percent).

    Keywords: Split air conditioner, Drain water, Evaporative condenser, Energy consumption reduction, Coefficient of performance
  • Abbas Moradi Bilondi, Mohammad J. Kermani *, Hadi Heidary, Mohammadmahdi Abdollahzadehsangroudi Page 7

    In the present work, a two-dimensional, transient, isothermal, single-phase and two-phase, multicomponent transport model is considered for the anode-side electrode of a PEMFC. The steady-state effects of introducing the CO-contaminated hydrogen on the cell performance were investigated. Then, the dynamic behavior of a PEMFC under CO-poisoning and the effects of air bleeding on the recovery of the output current density were investigated. The numerical results of model were compared and validated with experimental results. The results indicated that even using a low CO concentration, lead to significant degradation of the fuel cell current density (about 70% of the output current was lost within 30 min when the hydrogen is pre-mixed with 10 ppm of CO as the fuel). Injecting a small amount of air into the anode stream, resulted in fast recovery of the lost current density (by injecting about 5% air into the fuel, 80% of the output current was recovered within 2 min at 53 ppm CO). Higher air bleeding ratio only resulted in minor improvement of the cell performance.

    Keywords: Anode of polymer electrolyte membrane fuel cell, two-phase flow, numerical simulation, CO poisoning, air bleeding
  • Naghi Aghazadeh, Shahram Khalilarya, Samad Jafarmadar, Ata Chitsaz * Page 8

    In this article, a new power, cooling and heating trigeneration system consisting of a hydrogen-fed SOFC (solid oxide fuel cell) - GT (gas turbine ), a HRSG, a GAX absorption refrigeration cycle and a HR has been studied from a parametric and optimization perspective. In contrast with most of the previous investigations, in which the HRSG is located at the downstream of GAX, in the present research, in order to control the wasted heat, HRSG is located at upstream of GAX. The electrochemical analysis is complete for the fuel cell and the cell temperature is computed for all the working conditions of the cell. Then, the parametric study of the hybrid system, the influences of current density, fuel utilization factor, compressor pressure ratio and air utilization factor on the performance of the system are investigated. The optimization of the system is performed in the method of the genetic algorithm to determine the optimal functional points. After optimization and exergoeconomic analysis, minimum SUCP, the exergy destruction cost rate and exergoeconomic factor for the overall system is equal to 277.2 $/GJ, 40.8 $/h and 27.8%, respectively. Therefore, the increase in the components' capital costs can improve the exergoeconomic performance of the system.

    Keywords: Tubular solid oxide fuel cell, Trigeneration, HRSG, Exergoeconomic, optimization
  • Shahriar Kouravand *, Ali M. Kermani Page 9

    Reducing of air pollutions which are due to combustion of Mazut fuel is one of the essential requirements of the power plants to prevent the environmental damages. On the other hand, toxic contaminations in the air combine with atmospheric precipitation and cause acid rain, and thus their damaging effects increase and their effects are greenhouse gas and global warming. This study investigates the mechanical and metallurgical properties of sediments ash due to combustion of Mazut fuel on torch and superheater pipes of Iranshahr power plant as well as its pollutants. Then, the factors that cause environmental pollution involve sulfur and nitrogen oxides using Mazut fuel are studied. Also, new methods of reducing these contaminations such as nanotechnology and the best solution for reducing these pollutants and preserving the environment in the Iranshahr power plant are analyzed. By determining the ten main criteria, two methods of Mazut nano-emulsion and wet FGD method have been selected and are suggested to reduce the contamination of Mazut combustion in Iranshahr power plant. In addition, with the feasibility of using new technologies, an ideal method for reducing the pollution caused by the combustion of Mazut fuel at Iranshahr Power Plant has been carried out.

    Keywords: Ash, Pollution, Mazut, Power Plant, Nano Emulsion
  • Taleb Zaree *, Reza Behyad Page 10

    Seawater greenhouse using humidification-dehumidification method can desalinate saline water and utilize fresh water for the greenhouse and drinking. Many parameters affect the performance of the seawater greenhouse. In this study, the effect of the width and length of the greenhouse, the height of the first evaporator and the roof transparency parameters on the energy consumption in the seawater greenhouse were investigated with the artificial neural network method. Artificial neural networks of the multi-layer perceptron (MLP) have been used for modeling. An appropriate structure for this method was obtained and the mathematical statistics of %AARE, RMSE and R2 were used to evaluate the network performance. The existing method is in good agreement with experimental data. Using this optimized network, the effect of each parameter on the energy consumption was evaluated. Finally, a greenhouse with a width of 125 meters, a length of 200 meters, an evaporator height of 4 meters, and a roof transparency of 0.6, which produces 161.6 m3/day of fresh water and 1.558 kWh /m3 of energy consumption, was introduced as an optimal seawater greenhouse.

    Keywords: Seawater greenhouse, desalination, energy consumption, artificial neural network, Multi-Layer Perceptron (MLP)
  • Amin Jodat * Page 11

    In this investigation experimental measurements have been done over a wide range of wave parameters, water temperatures and air velocities for . The measurements were performed over a wide range of on a large heated wave flume equipped with a wind tunnel. The effects of forced, free and mixed convection regimes on the water evaporation rate in surface gravity Waves have been investigated. The experimental results shows that wave motion on the water surface increase the rate of evaporation for all air flow regimes. Also Results reveal the evaporation rate increases with air velocity but increasing of , , has different effects on evaporation rate. For free convection regime evaporation rate increases with, , . For forced and mixed convection regime at medium values of , the leeward air flow structures which form barrier for the vertical transport of vapor, decrease water evaporation rate. Results reveal that the effect of induced turbulence at the wavy interfacial surfaces on the water evaporation increment is more than the effect of interfacial area increment percentage.

    Keywords: Gravity waves, forced convection, free convection, mixed convection, evaporation
  • Hamid Reza Nazif * Page 12

    In this research, a new analytical solution of one dimensional coupled equations of moisture and heat transfer in capillary-porous body is presented. These equations are known as the Luikov system of equations. These partial differential equations are coupled and nonhomogenous, which is assumed linearly with the assumption that the coefficients of the equations are independent of space, time, and every dependent variables.In innovative method of this survey, considering the governing equations are coupled, at first , assuming that the independent equations system from each other (removal coupling), it has been resulted a public answer for equations by using the method of separation of variables. Next, the private answers will be gotten by considering coupled equations and using laplace transform method, in this survey it has been searched the effect of dimensionless coefficients such as Lu, Fo, ε concluding on the rate of heat and moisture transfer. The outcome shows the effect of Luikov number on the rate of heat and moisture transfer of capillary-porous body equations coupling. It has also been resulted the depending of phase change coefficient and this outcome has been planned in the surveys by Luikov

    Keywords: Porous body, heat transfer, moisture transfer, nonhomogenous equation, Dirichlet boundary condition
  • Ahmad Reza Rahmati *, Mojtaba Sepehrnia Page 13

    In present work, for the first time, gas flow with considering slip velocity and temperature jump boundary condition is studied in a heat sink consisting rectangular fins and microchannels with calculating conjugated heat transfer.In this paper, helium gas flow with Knudsen number between 0.048 to 0.06 has been studied. Heat flux applied to the bottom of aluminum heat sink is 500W/m2. The governing equation for fluid flow has been discretized using second order upwind method and solved with using Coupled algorithm in Ansys-Fluent commercial software.Results show that inlet and local Knudsen numbers decrease with increasing pressure ratio and also local Poiseuille number decreases with increasing inlet Knudsen number. Also with increasing inlet Knudsen number (reduction of pressure ratio), first the average Nusselt number decreases and then increases.In this case, the average Nuselt number decreases about 54.4% with increasing Knudsen number from 0.006 to 0.024 and the average Nusselt number increases with increasing Knudsen number from 0.024 to 0.048.With increasing Knudsen number, thermal resistance increases continuously. The results show that with increasing inlet Knudsen number, slip effects are pronounced and slip and jump temperature coefficients increase.

    Keywords: Helium gas, Heat sink, Microchannel, Nusselt number, Knudsen number
  • Ali Akbar Abbasian Arani *, Siavash Gholami Ghale Nazeri Page 14

    Use of a magnetic field, wavy wall heat exchanger and dispersion of nanoscale particles are the new methods for improving the thermal systems performance. Flow vortex, which is formed by means of chips, or appendages such as blades or fins, is very effective in improving the heat transfer rate. In this study, the effect of magnetic field and vortex generator in compulsory displacement is investigated separately and simultaneously. In the present work, a wavy wall heat exchanger is simulated in various geometries of the Vertex generator under magnetic fields in various Hartmann and Reynolds numbers filled with nanofluid. For this propose fluid flow and heat transfer were simulated using Navier Stokes, conservatism of mass, momentum and energy with incompressible flow assumption. The system of nonlinear governing equations is solved explicitly using a fluent software based on the basic pressure solver and finite volume method. Turbulent equations are discriminated using the first order upstream method, as well as momentum, continuity and energy equations with upstream second order method. The results show that with increasing Reynolds number, the Nusselt number and friction coefficient increase and decrease respectively. As the Hartman number increases, the Nusselt number increases and the friction coefficient decreases.

    Keywords: Heat transfer Improvement, Vertex Generator, Turbulent flow, Wavy wall Heat exchanger
  • Majid Dastmalchi *, Ali Arefmanesh, Ghanbar Ali Sheikhzadeh Page 15

    Inactive methods of enhancing heat transfer in the shell and tube heat exchangers, such as using micro-fins and helically coiled tubes and employing nanofluids as the working fluid, are investigated experimentally. Experiments are carried out to measure the pressure drop and the heat transfer coefficient of the Al2O3-water nanofluid flowing in the shell and helically coiled micro-finned as well as smooth tube heat exchangers. The performed experiments are for the Dean number ranging from 500 to 4000, the fin helix angle between 18 and 25º, and the nanofluid volume fractions of 0, 0.5 1%. The overall heat transfer coefficients of the heat exchangers are calculated using the Wilson plot method. Empirical correlations are proposed for the heat transfer coefficient of nanofluid through the tube-side in terms of the Dean number, the fin helix angle, the fin height and the volume fraction of nanofluid. Based on the experimental results, the microfining of the coiled tube and increasing the microfin helix angle and using nanofluid enhance the heat transfer and increase the pressure drop.

    Keywords: Experimental investigation, micro-finned tube, helically coiled tube, Wilson plot method, heat transfer
  • Moharram Bahramkhoo, Kourosh Javaherdeh *, Farideh Atabi, Abulghasem Emamzadeh Page 16

    This 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