فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و دوم شماره 6 (شهریور 1399)
  • سال پنجاه و دوم شماره 6 (شهریور 1399)
  • تاریخ انتشار: 1399/02/27
  • تعداد عناوین: 20
|
  • مهران میرباقری، کیومرث مظاهری*، اسماعیل ابراهیمی، علیرضا علیپور صفحات 1-10
    در مطالعه حاضر با کمک مطالعه عددی به بررسی ایجاد توزیع دمای یکنواخت بر روی لوله های فرآیندی به عنوان پارامتر اصلی در کوره های کراکینگ با استفاده از مشعل های شعله تخت با توان های حرارتی مختلف پرداخته شده است. با توجه به فقدان داده های تجربی جهت انجام اعتبارسنجی حلگر از دو مسیله معیار مشعل چرخشی و کانال با انتقال حرارت همزمان میان گازهای داغ احتراقی و سطح جامد استفاده شده است. جهت انجام بررسی ها با حلگر احتراقی ReactingFOAM با افزودن قابلیت انتقال حرارت همزمان به حلگر chtMultiRegionReactingFOAM ارتقا پیدا کرده و شبیه سازی ها با استفاده از آن در نرم افزار اپن فوم انجام شده است. همچنین در شبیه سازی ها از مدل توربولانسی k-ω SST جهت مدل سازی آشفتگی استفاده شده است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی ها نشان دهنده آن است که استفاده از مشعل شعله تخت در کوره های کراکینگ امکان ایجاد توزیع حرارت یکنواخت درون کوره با بیشینه دمای احتراقی پایین را فراهم می نماید. همچنین جهت ایجاد شار حرارتی مناسب در اطراف لوله ها به گونه ای که توزیع دمای مناسب جهت انجام واکنش های کراکینگ فراهم آید به حداقل توانی از مشعل های شعله تخت نیاز است که در مقادیر کمتر از آن توزیع دمای مناسب بر روی لوله ها ایجاد نمی شود.
    کلیدواژگان: کوره کراکینگ، مشعل شعله مسطح، مسئله معیار، شار حرارتی، شبیه سازی احتراق
  • حمیدرضا طالش بهرامی، علیرضا عزیزی، حمید صفاری* صفحات 11-20

    چگالش بر سطوح به دو صورت لایه ای و قطره ای اتفاق میافتد. تحقیقات نشان میدهد در شرایط خاص،چگالش قطره ای می تواند انتقال حرارت بسیار بیشتری نسبت به چگالش لایه ای داشته باشد. چگالش قطره ای بر سطوح آب گریز و ابرآب گریز اتفاق میافتد. میزان انتقال حرارت چگالش قطره ای وابستگی بسیار زیادی به نحوه آماده سازی سطح آب گریز دارد. دو مشخصه اصلی سطوح آب گریز وجود میکرونانوساختارها و انرژی سطحی پایین آنهاست. در این مقاله برای اولین بار از روش الکترونشست تک مرحله ای برای ایجاد میکرونانوساختارها روی نمونه مسی و پوشش تک لایه خودچینش یافته 1-اکتادکان تیول بعنوان کاهنده انرژی سطحی بمنظور استفاده در فرایند چگالش قطره ای استفاده شده است. بدین منظور اثر پارامترهایی نظیر شدت جریان سلول الکتروشیمیایی و زمان فرایندالکترونشست بر میزان انتقال حرارت چگالش قطره ای در یک دستگاه چگالش که برای این کار توسعه داده شده،بررسی شد. سطح نمونه ها با عکس میکروسکوپ الکترونی و آنالیز پراش اشعه ایکس تحلیل شدند. نتایج نشان میدهد که میکرونانوساختارهایی از جنس مس ضمن فرایندالکترونشست بر روی سطح بوجود آمده است. از نتایج مشخص شد که زمان و شدت جریان تاثیر مثبتی بر انتقال حرارت چگالش قطره ای دارند. بطوریکه سطوح تهیه شده با زمانهای پایین الکترونشست (15و 45 ثانیه) انتقال حرارت چگالش قطره ای کمتر از چگالش لایه ای است و برای زمانهای زیاد (135 ثانیه) الکترونشست، انتقال حرارت چگالش قطره ای در محدوده اختلاف دماهای کمتر 10 کلوین در حدود 2 تا 4 برابر بیشتر از چگالش لایه ای است.

    کلیدواژگان: چگالش قطره ای، سطوح ابر آب گریز، خودچینش یافتگی، الکترونشست، تغییر فاز
  • مهران عبدالعلی پورعدل، شهرام خلیل آریا*، صمد جعفر مدار صفحات 21-30

    در ایران و در منطقه سبلان دو دسته چاه با خاصیتهای ترمودینامیکی مختلف مورد بهره برداری قرار گرفته است، برای تولید توان بیشتر و تهیه گاز طبیعی، یک آرایش جدید بر اساس چاه های زمین گرمایی سبلان پیشنهاد شده است. چرخه ی کالینا و چرخهی گذر بحرانی دی اکسید کربن از چاه های زمین گرمایی سبلان به عنوان منبع حرارتی و گاز طبیعی مایع شده به عنوان چاه حرارتی استفاده شده است. یک بررسی پارامتریک جامع برای تشخیص عملکرد سیستم انجام شده و تاثیرات فشار جداسازهای 1 و 2، اختلاف دمای نقطه تنگش اواپراتورها، فشار بالای کالینا، فشار بالای چرخه گذر بحرانی به فشار بحرانی و فشار پمپ گاز طبیعی مایع شده روی عملکرد سیستم مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که بازده حرارتی و اگزرژی با افزایش فشار جداسازها و فشار پمپ گاز طبیعی افزایش مییابند، همچنین کاهش اختلاف دمای نقطه تنگش اواپراتورها و فشار بالای چرخه ی کالینا منجر به افزایش توان تولیدی خالص، بازده حرارتی و اگزرژی میشود، علاوه بر آن نتایج تحلیل اگزرژی نشان می دهد که بیشترین نرخ تخریب اگزرژی به مبدل های حرارتی در گاز طبیعی مایع شده متعلق است. بهینه سازی چرخه توسط روش الگوریتم ژنتیک انجام شده و در شرایط بهینه قابل مشاهده است که توان خالص، بازده حرارتی و اگزرژی به ترتیب 30610 کیلووات، بازده حرارتی 29.16 درصد، بازده اگزرژی 56.92 درصد بدست آمده اند. نتایج برای این بررسی نشان داد که توان خالص چرخه و بازده حرارتی نسبت به پژوهش قبلی برای نیروگاه زمین گرمایی سبلان، بهبود یافته است.

    کلیدواژگان: تحلیل ترمودینامیکی، تبخیر آنی تک مرحله ای، گاز طبیعی مایع شده، زمین گرمایی سبلان
  • مجید بازارگان*، رامین فرزدی صفحات 31-40

    در این پژوهش یک سیکل تبرید جذبی پخشی برای استفاده در خودرو شبیه سازی شده است که از انرژی حرارتی اتلافی اگزوز به عنوان منبع انرژی حرارتی سیکل استفاده گردیده است. موتور احتراق داخلی با حجم 1.3 لیتر در دورهای موتور و میزان بازشدگی های مختلف دریچه گاز مورد تست تجربی قرار گرفت و از شرایط دود اگزوز نظیر دبی و دما به عنوان ورودی منبع حرارتی سیکل تبرید استفاده شد. در نهایت، برای دورهای موتور بالاتر از 2000 rpm مشکل خاصی وجود نداشت و دمای اواپراتور بین 0.4- درجه سانتیگراد تا 7.1- درجه سانتیگراد قرار گرفت ولی برای دورهای 1500 rpm و 1000 rpm، دمای اواپراتور در محدوده مناسبی قرار نگرفت که این مشکل در پژوهش های پیشین نیز گزارش شده است. تا کنون راه کاری برای دورهای پایین یا شرایط بیکار موتور مثلا در ترافیک که معمولا نیاز به کارایی سیستم تبرید در خودرو بالاتر است ارایه نشده است. در این مطالعه، ژنراتور جدیدی طراحی و مورد شبیه سازی قرار گرفت. استفاده از ژنراتور جایگزین به طور میانگین 16/8% انتقال حرارت به ژنراتور را بهبود بخشید که بر اثر آن ظرفیت سرمایشی به طور میانگین 4/7% افزایش پیدا کرد. سیکل جذبی پخشی کنونی قادر است در دورهای پایین موتور نیز عملکرد مناسبی ارایه دهد.

    کلیدواژگان: سیکل تبرید جذبی پخشی، موتور احتراق داخلی، انرژی حرارتی اتلافی اگزوز، ظرفیت سرمایشی
  • کورش جواهرده*، فاضل محمدی خواه، جواد محمودی مهر صفحات 41-50
    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.
    کلیدواژگان: زیست توده، ساختمان انرژی صفر، تحلیل اقتصادی، تحلیل حساسیت
  • سهیلا صالح میرحسنی*، صمد جعفرمدار، شهرام خلیل آریا، عطا چیت ساز خویی صفحات 51-60

    در مطالعه حاضر، یک سیستم تولید سه گانه پیشنهادی بر اساس پیل سوختی اکسید جامد با ریفرمر خارجی، سیستم تبرید گکس و بازیاب حرارتی از دیدگاه ترمودینامیکی و اگزرژواکونومیکی مورد بررسی قرار گرفته است. از یک ریفرمر خارجی برای تبدیل سوخت دی متیل اتر به هیدروژن، جهت مصرف در واکنش های الکتروشیمیایی پیل سوختی استفاده شده است. تاثیر پارامترهای اساسی (ضریب بهره وری سوخت و دمای جریان ورودی به آند) بر روی چندین متغیر(بازده انرژی و اگزرژی، تخریب اگزرژی و هزینه واحد توان تولیدی) مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که بازده انرژی سیستم پیشنهادی از بازده پیل سوختی به تنهایی بیش از 38% بیشتر است. مطالعه نشان می دهد که بالاترین میزان تخریب اگزرژی در پس سوز، پیل سوختی و بازیاب حرارتی رخ می دهد. بالا بردن دمای جریان ورودی به آند موجب نزولی شدن روند تخریب اگزرژی در پس سوز و پیل سوختی می شود در حالی که بر روی بازیاب حرارتی تاثیری معکوس دارد. هزینه واحد توان تولیدی تحت شرایط معین برابر با $/GJ 51/23 است و با افزایش ضریب بهره وری سوخت و یا افزایش دمای جریان ورودی به آند روند نزولی دارد. افزایش ضریب بهره وری سوخت موجب افزایش تمامی بازده های قانون دوم به میزان 12% می شود. تاثیر افزایش دمای جریان ورودی به آند بر بازده های قانون دوم نیز مثبت است ولی تاثیر آن نسبت به افزایش ضریب بهره وری سوخت پایین تر بوده و بازده ها 8% افزایش می یابند.

    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسیدجامد، دی متیل اتر، سیستم تولید سه گانه، ریفرمر خارجی، تحلیل اگزرژواکونومیک
  • سید مجید رهگشای*، علی اکبر رنجبر، عباس رامیار، ابراهیم علیزاده صفحات 61-70

    پیل سوختی یک مبدل انرژی الکتروشیمیایی است که به صورت مستقیم انرژی شیمیایی سوخت را به جریان برق مستقیم و حرارت تبدیل می نماید. مدیریت حرارتی و مدیریت آب دو چالش اساسی در طراحی و افزایش بازده پیل های سوختی پلیمری به شمار می آیند، که به صورت ذاتی با یکدیگر مرتبط هستند. در مقاله ی حاضر، با ساخت پیل سوختی پلیمری و آزمونه های آزمایشگاهی در شرایط مختلف به تحلیلی درباره نحوه ی توزیع دما در پیل پرداخته می شود. با بررسی توزیع دما، ضمن دستیابی به ارتباط تولید توان و توزیع حرارت، پارامترهای حرارتی (شامل توزیع دما ، محدوه حداکثر و حداقل دما) استخراج می شود. جنبه ی نوآوری این مقاله دستیابی به درک صحیحی از توزیع دما در پیل سوختی غشا پلیمری در شرایط عملیاتی مختلف است. همچنین توزیع دما در حالت های عملیاتی انتها باز و انتها بسته در فشار و استوکیومتری های مختلف بررسی شده است. بررسی نتایج دوربین حرارتی در سطح کاتد سل شفاف نشان می دهد که با تغییر شرایط بهره برداری پیل سوختی، تمرکز حرارت در سطح آن نیز تغییر می کند. وقتی بهره برداری پیل سوختی از حالت انتها باز به حالت انتها بسته تغییر کند بیشینه دمای سطح از بخش خروجی به بخش ورودی جابجا می شود. و با افزایش فشار، اهمیت کنترل بدتوزیعی و طراحی سیستم خنک کاری مناسب، بیشتر می شود.

    کلیدواژگان: تصویربرداری حرارتی، پیل سوختی غشا پلیمری، توزیع دما، شرایط عملیاتی، حالت انتها بسته
  • غلامرضا مولایی منش*، سید مرتضی موسوی خوشدل، امیربهادر نعمتی صفحات 71-80

    دو چالش بزرگ دنیای امروز آلودگی‏ هوای شهرها و نگرانی از روبه پایان نهادن سوخت‏های فسیلی است که بشر را ناگزیر به جایگزین کردن منابع تجدید ناپذیر سوخت با منابع تجدید پذیر انرژی می‏کند. در هر دو زمینه صنعت خودرو نقش قابل توجهی دارد. جهت غلبه بر چالشهای مذکور، طی دهه اخیر توسعه خودروهای الکتریکی در دستور کار صنعت خودرو بوده است. در این خودروها باتری‏های قابل شارژ لیتیوم-یون نقشی اساسی ایفا می کنند. کارآیی، ایمنی و عمر این باتریها بسیار متاثر از دمای عملکردی آنها است. در این پژوهش به کمک داده های تجربی یک سلول باتری لیتیوم-یون منشوری با استفاده از نرم افزار انسیس فلوینت به صورت مدل دو پتانسیلی و زیر مدل NTGK شبیه سازی می گردد و تغییرات زمانی ولتاژ و دمای ماکزیمم سلول به همراه توزیع دما طی چهار نرخ دشارژ ثابت C 2، C 3، C 7 و C 9 و نیز طی پروفیل دشارژ متغیر با زمان تست تنش دینامیکی (تست ویژه باتری خودروی هیبریدی) در بازه های مختلف ارایه و مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج حاصل از شبیه سازی بیان گر آن است که دماهای بالایی نظیر 45 درجه سانتیگراد نیز در طی تست تنش دینامیکی تجربه می شود. چنین دمایی علاوه بر اینکه می تواند منجر به فرسودگی سریع باتری شود، می تواند مخاطره آفرین نیز باشد.

    کلیدواژگان: آلودگی هوا، خودروهای الکتریکی، انرژی ‏های تجدید پذیر، باتری‏ های لیتیوم-یون، شبیه سازی باتری
  • محمد وفایی، محمد برزگرنژاد، علی اربابی، سید احسان شکیب*، محمدمصطفی غفوریان صفحات 81-90

    کمبود آب شیرین به عنوان یک بحران جدی در دنیا و تلاش برای پیدا کردن راه حل، یکی از مهم ترین بحث های روز دنیا می باشد که پژوهشگران را درگیر خود ساخته است. در این پژوهش یک دستگاه آب شیرین خورشیدی آبشاری با بازتابنده خارجی طراحی و ساخته شد و در 8 روز متوالی مورد آزمایش قرار گرفت. جهت افزایش تولید این آب شیرین کن روش هایی مختلفی مورد آزمایش قرار گرفت که عبارت اند از 1) تعبیه تعدادی فین روی پله ها و در مسیر گذر آب به منظور ایجاد نقاط داغ به عنوان یک ایده جدید، 2) استفاده از بازتابنده های داخلی در پایه پله ها و 3) استفاده از چگالنده خارجی برای افزایش میزان چگالیده بخار تولیدی. سپس سیستم موردمطالعه با ترکیب این روش ها به صورت دوتایی و سه تایی در هشت حالت مختلف مورد آزمایش قرار گرفت و نتایج به همراه تحلیل اقتصادی و قیمت تمام شده محصول ارایه شد. نتایج نشان داد استفاده از همه روش های مورد نظر، منجر به تولید بیشترین میزان آب شیرین می شود. این در حالی است که کمترین قیمت آب شیرین تولیدی در حالت پایه با فین های تعبیه شده، مقدار 1/1343 ریال بر لیتر به دست می آید و حالت های دیگر به علت هزینه های بالاتر و آب شیرین تولیدی کمتر، در مراتب بعدی قرار گرفتند. از سوی دیگر ازنظر راندمان، در حالتی که در آب شیرین کن از یک چگالنده خارجی استفاده گردد بیشترین راندمان حاصل می شود و حالت پایه با فین جایگاه سوم را در بین هشت حالت موردمطالعه دارد.

    کلیدواژگان: آب شیرین کن خورشیدی، راهکارهای افزایش تولید، ارزیابی اقتصادی، راندمان، قیمت محصول
  • عرفان هدایتی مهدی آبادی، فرامرز سرحدی*، فاطمه صبح نمایان صفحات 91-100

    در تحقیق حاضر به تحلیل ترمواقتصادی آب شیرین کن خورشیدی حوضچه ای دوشیبه مجهز به ماده تغییر فاز و گردآورنده فتوولتاییک حرارتی پرداخته شده است. معادلات حاکم بر مسیله توسط نوشتن موازنه انرژی برای اجزاء مختلف سیستم به دست آمده است. هدف از حل معادلات حاکم محاسبه دمای پوشش شیشه ای، دمای صفحه جاذب، دمای آب شور، دمای ماده تغییر فاز، میزان تولید آب شیرین و نرخ حرارت جذب شده توسط گردآورنده فتوولتاییک حرارتی می باشد. همچنین توان الکتریکی خروجی مدول فتوولتاییک توسط مدل چهار پارامتری جریان-ولتاژ محاسبه شده است. نتایج عددی تحقیق حاضر در توافق خوبی با داده های آزمایشگاهی می باشد. بررسی عملکرد سیستم از منظر تولید آب شیرین و راندمان انرژی برای روز زمستانی و روز تابستانی شهر زاهدان انجام شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش دبی جرمی از 0.001 به kg/s 0.01 میزان تولید آب شیرین 10.6% افزایش می یابد. افزایش جرم آب شور درون حوضچه از 20 به 30kg در روز میزان تولید آب شیرین را در حدود 4.8% کاهش می دهد ولی در شب در حدود 7.43%افزایش می دهد. راندمان انرژی در روز زمستانی نسبت به روز تابستانی به میزان 37.5%کمتر است. از تحلیل اقتصادی سیستم هزینه تولید آب شیرین به ازای واحد سطح برابر با 0.0314 دلار برای هر لیتر به دست آمد.

    کلیدواژگان: آب شیرین کن خورشیدی حوضچه ای دوشیبه، تحلیل انرژی، تحلیل اقتصادی، گردآورنده فتوولتائیک حرارتی، ماده تغییر فاز
  • محمد فیروززاده، امیرحسین شیروی*، مجتبی شفیعی صفحات 101-110

    امروزه استفاده از منابع تجدیدپذیر، جزء روش های جذاب در تولید الکتریسیته محسوب می شود. فناوری فتوولتاییک، یکی از این روش ها در تولید برق است. در روزهای گرم سال که بیش ترین میزان تابش خورشید در دسترس است، به دلیل بالا رفتن دما، بازدهی سلولها کاهش می یابد. در این مقاله، به منظور کاهش دمای سلول های فتوولتاییک، استفاده از پلی اتیلن گلایکول 600 به عنوان ماده تغییر فاز دهنده مورد مطالعه قرار گرفته است. پس، به منظور انتقال بهتر حرارت از سطح پنل و افزایش نرخ ذوب ماده، نصب پره نیز مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج، نشان دهنده تاثیر مثبت وجود پره بر کنترل دمای پنل فتوولتاییک است. بر اساس نمودارهای ترسیم شده می توان دریافت که پنل حاوی ماده تغییر فاز دهنده، درحدود 80 دقیقه انتهایی آزمایش، دمای یکسانی با پنل عادی داشته است و پنل حاوی ماده تغییر فاز دهنده و پره، حتی در انتهای آزمایش نیز اختلاف دمای حدود 9 درجه سانتیگراد را نسبت به پنل عادی حفظ کرده بود. به علاوه، بیشینه ی اختلاف بازدهی بین پنل حاوی ماده تغییر فاز دهنده و پنل با ماده تغییر فاز دهنده به همراه پره با پنل عادی، به ترتیب حدود 4/2 % و 6/4 % بوده است. بنابراین وجود پره، به دلیل افزایش مقدار تبادل حرارت بین پنل و ماده تغییر فاز دهنده، توانسته است نقش خوبی در افزایش بازدهی و کنترل دمای پنل ایفا کند. در انتها و به منظور امکان سنجی اقتصادی و صنعتی طرح پیشنهادی، برآورد اقتصادی از این طرح نیز ارایه شده است.

    کلیدواژگان: ماده تغییر فاز دهنده، فتوولتائیک، پره، برآورد اقتصادی
  • مصطفی مشتاق، احمد جامه خورشید*، احمد آذری، حسن بازای صفحات 111-120
    در این مطالعه به بررسی اثر اضافه نمودن مواد تغییر فاز به سیال پایه آب و تولید دوغاب مواد تغییر فاز، پرداخته شد. بدین منظور یک دستگاه آزمایشگاهی آماده شد و مورد استفاده قرار گرفت. بخش اصلی این دستگاه شامل لوله ای بود که دوغاب مواد تغییر فاز از دورن آن عبور داده می شود. این لوله با سطح مقطع دایره ای می باشد که تحت شار حرارتی ثابتی قرار دارد و مجهز به 6 حسگر دما برای اندازه گیری دمای دیواره و همچنین 2 عدد حسگر دما جهت اندازه گیری دمای سیال ورودی و خروجی می باشد. علاوه بر اثر افزودن مواد تغییر فاز، اثر قرارگیری پره های پروانه ای شکل درون لوله نیز مورد مطالعه قرار گرفت و نتایج به دست آمده از هر دو حالت با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج نشان داد که افزودن مواد تغییر فاز به سیال پایه می تواند میزان انتقال حرارت را به طور متوسط تا 41 درصد بهبود بخشد. همچنین با قرارگیری پره های پروانه ای در مسیر جریان های آرام، میزان انتقال حرارت تا 234 درصد برای آب خالص و تا 180 درصد برای دوغاب 10 درصد وزنی مواد تغییر فاز افزایش پیدا کرد. دلیل این امر ایجاد اغتشاش در جریان و از بین رفتن لایه ی مرزی گرمایی می باشد.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابجایی، دوغاب PCM، صفحه های پروانه ای شکل
  • ساناز نصیری، شهرام طالبی*، محمدرضا سلیم پور صفحات 121-130

    جوشش استخری کاربردهای فراوانی در فرایندهای صنعتی دارد. استفاده از نانوذرات، گسترش سطح گرمکن و اعمال میدان مغناطیسی از عوامل مهم و موثر بر انتقال حرارت جوشش است. در این مقاله، جوشش استخری آب دیونیزه و نانوسیال مغناطیسی گاما- اکسیدآهن / آب در فشار یک اتمسفر بر روی سطح مسی صاف و شیاردار در حضور و عدم حضور میدان مغناطیسی به طور تجربی بررسی شده است. برای تایید صحت نتایج، آزمایش آب دیونیزه در سه روز متفاوت انجام شد که تطابق خوبی با روابط مرجع داشت. نانوسیال به صورت یک مرحله ای ساخته شده و از پایداری بالایی برخوردار است. نتایج نشان داده که ضریب انتقال حرارت جوشش آب دیونیزه در سطح شیاردار دایره ای و مستطیلی افزایش و در مثلثی کاهش نسبت به سطح صاف داشته است. ضریب انتقال حرارت جوشش نانوسیال به طور متوسط در سطح شیاردار دایره ای 24 درصد افزایش و در مستطیلی و مثلثی به ترتیب 8 و 37 درصد کاهش نسبت به سطح صاف داشته است. وجود گوشه ها و کاهش ترشوندگی در دیواره عمودی در شیار مستطیلی و مثلثی و سرخوردن حباب ها باعث افزایش مقاومت حرارتی نسبت به شیار دایره ای می شود. برای ایجاد میدان مغناطیسی از دو آهنربای تخت دایم در دو طرف مخزن جوشش استفاده شده است. با اعمال میدان مغناطیسی با گرادیان منفی، ضریب انتقال حرارت جوشش نانوسیال در شارهای پایین در سطح شیاردار دایره ای و مستطیلی افزایش و در مثلثی کاهش یافته است. نیروی مغناطیسی رو به بالا باعث کاهش قطر حباب های تشکیل شده می شود، اما نوع شیار نیز بر نتیجه اثرگذار است.

    کلیدواژگان: جوشش استخری، نانوسیال مغناطیسی، سطح شیاردار، ضریب انتقال حرارت، میدان مغناطیسی
  • مهدی کاشی، امیر رمضانی، محسن نظری*، محمدمحسن شاه مردان صفحات 131-140

    در مطالعه حاضر به بررسی تجربی انتقال حرارت جوشش در یک لوله عمودی مسی با قطر داخلی 16 میلی متر تحت شرایط شار حرارتی ثابت و در فشار اتمسفریک با سیال کاری آب پرداخته شده است. برای اعتبار سنجی نتایج و کسب اطمینان از صحت عملکرد سنسور ها و بستر آزمایشگاهی ابتدا در حالت تک فاز چندین آزمایش انجام و نتایج آن با روابط موجود برای انتقال حرارت تک فاز مقایسه گردید، که نشان دهنده صحت عملکرد بستر آزمایشگاهی بود. آزمایش ها ابتدا در لوله عمودی خالی و سپس در لوله عمودی حاوی فوم فلزی انجام شد. تمامی آزمایش های دوفازی در محدوده رژیم جریان اسلاگ بوده و توسط یک لوله شیشه ای که در انتهای بستر آزمایشگاهی قرار داده شده است، با دوربین پرسرعت آشکارسازی گردید. پارامترهای انتقال حرارت نظیر عدد ناسلت و ضریب انتقال حرارت جابه جایی در دبی های جرمی و شارهای حرارتی متفاوت اندازه گیری گردید و نتایج آزمایش ها با روابط تجربی موجود برای حالت دوفازی مقایسه شد، همچنین تاثیر ماده متخلخل، شار حرارتی و شار جرمی بر پارامترهای انتقال حرارت بررسی گردید. در نهایت مشخص شد در کیفیت های پایین و در محدوده شار جرمی 38 الی 53 کیلوگرم بر مترمربع ثانیه و شار حرارتی 23 الی 36 کیلووات بر مترمربع، فوم فلزی توپر باعث بهبود 5/1 تا 82/1 برابری ضریب انتقال حرارت نسبت به لوله خالی می شود. همچنین مشخص شد با وجود استفاده از فوم فلزی الگوی جریان همچنان اسلاگ باقی می ماند.

    کلیدواژگان: انتقال حرارت دوفازی، جریان جوشش، فوم فلزی، جریان عمودی، آشکارسازی
  • سید عبدالمهدی هاشمی*، احمدرضا طیاره، مهدی ملامهدی صفحات 141-150
    در مطالعه حاضر، اثرهای به کارگیری مشعل های متخلخل نسبت به مشعل معمولی بر عملکرد مبدل حرارتی گرمکن آب به صورت تجربی بررسی شده است. مشعل مورد استفاده در این آزمایش ها از نوع پیش آمیخته جزیی با سوخت گاز طبیعی است. این آزمایش برای 4 نوع مختلف از محیط های متخلخل و یک مشعل معمولی انجام شده است. نتایج مربوط به دمای بیشینه آب آبگرمکن، دمای دودکش، دمای شعله، میزان آلاینده ها و راندمان احتراقی هریک از مشعل ها در دبی های متفاوت سوخت گزارش شده است. با توجه به آزمایش های انجام شده، مشاهده می شود که استفاده از مشعل با جامد فلزی متخلخل 10 سانتی متری باعث کاهش زمان رسیدن آب از دمای 30 به دمای 60 درجه سلسیوس شده است. همچنین نشان داده شده است که مشعل معمولی دارای کمترین دمای شعله و بیشترین دمای دودکش است. از طرفی مشعل با جامدهای متخلخل 5 و 10 سانتی متری به ترتیب دارای بیشترین دمای شعله و کمترین دمای دودکش می باشند. به طور کلی می توان نتیجه گرفت که با توجه به زمان گرم شدن آب، راندمان احتراق و آلاینده ناکس تولیدی، استفاده از جامد متخلخل 10 سانتی متری مناسب ترین محیط متخلخل در آبگرمکن های مخزنی است.
    کلیدواژگان: مطالعه تجربی، مشعل متخلخل، آب گرمکن، راندمان احتراقی
  • مجید علوی لواسانی، محسن پیرمحمدی* صفحات 151-160
    یکی از روش های موثر برای انتقال حرارت، استفاده از فین ها می باشد. در این پژوهش، اثر پنج هندسه مختلف فین بر انتقال حرارت جابجایی اجباری جریان آشفته درون یک کانال شیبدار به صورت عددی بررسی شده است. معادلات حاکم بر حرکت سیال و انتقال حرارت، به وسیله روش حجم محدود گسسته و حل شده اند. هچنین برای ارتباط سرعت و فشار از روش سیمپل استفاده شده است. مدل سازی جریان آشفته با استفاده از مدل آشفتگی صورت گرفت. ابتدا استقلال حل عددی از شبکه محاسباتی و اعتبارسنجی نتایج عددی در مقایسه با نتایج تجربی و عددی سایر پژوهشگان، مقایسه شد. سپس هندسه های در نظر گرفته شده برای فین شامل، مثلث با زوایای مختلف، ذوزنقه، مربع و مستطیل مورد بررسی قرار گرفت. برای این هندسه ها، نتایج عددی برای بردار سرعت، فشار، دمای سیال ارایه شده است. در انتها نتایج انتقال حرارت با تحلیل عدد ناسلت مطالعه شده و مقایسه ای میان هندسه های مختلف انجام شده است. مشاهده شد فین مثلثی با زاویه 60 نسبت به فین 90 درجه ناسلت بیشتری داشته و در مجموع نیز فین های ذوزنقه ای بیشترین مقدار ناسلت را نسبت به سایر فین ها داشته است.همچنین مشاهده شد ماکزیمم ضریب فشار را فین مثلثی با زاویه 60 درجه دارد و افت فشار ناشی از فین در مربع و ذوزنقه بیشترین مقدار را دارا می باشد.
    کلیدواژگان: انتقال حرارت، جابه جایی اجباری، فین، جریان آشفته، شبیه سازی عددی
  • سعادت زیرک*، مهران رجبی زرگرآبادی، سید مهدی حسینی بغدادآبادی صفحات 161-170
    در این مقاله اثر تغییر زاویه تزریق بر اثربخشی خنک کاری لایه ای صفحه تخت با نوسان مربعی در فرکانس های مختلف بررسی می شود. خنک کاری لایه ای برای سرد کردن پره های توربین و افزایش عمر پره استفاده می شود. چهار زاویه تزریق 20، 25، 30 و 35 درجه انتخاب شده اند. جریان نوسانی در سه فرکانس 2، 50 و 500 هرتز و سیکل کاری 5/0 مورد بررسی قرار می گیرد. از روش حجم محدود برای حل معادلات جریان استفاده گردید. از مدل sst-k-omega جهت مدل سازی آشفتگی استفاده گردید. نتایج نشان داد زاویه تزریق 20 تا 25 درجه در سه فرکانس مورد بررسی بیشترین اثربخشی خنک کاری لایه ای خط مرکزی و جانبی را به خصوص در نواحی دور از لبه سوراخ تزریق داشت. فرکانس های بالاترافزایش اثربخشی خنک کاری لایه ای در فواصل ابتدایی پایین دست سوراخ را بدنبال دارد. در فواصل دوردست، فرکانس پایین تر بیشترین اثربخشی را داشت. بیشترین تفاوت اثربخشی خط مرکزی در فرکانس 500 هرتز و بین زاویه 20 و 35 درجه به دست آمد و برابر 3/64% بود. این مقدار برای اثربخشی جانبی 9/98% بود. با افزایش فرکانس فاصله زمانی قطع و وصل جریان کاهش یافته در نتیجه اثربخشی لحظه ای نیز دارای تغییرات کندتری نسبت به فرکانس های پایین تر داشت. نسبت دمش 5/0 در مقایسه با نسبت دمش 75/0 و 1 در تمامی زوایا و فرکانس ها بیشترین اثربخشی را داشت. حداکثر تفاوت مقدار اثربخشی در نسبت دمش 5/0 در مقایسه با دو نسبت دمش دیگر برابر 4/187% بود.
    کلیدواژگان: خنک کاری لایه ای نوسانی، جریان موج مربعی، زاویه تزریق، مدل توربولانسی SST k-ω، فرکانس
  • فرید علی گل زاده، علی حکاکی فرد* صفحات 171-180

    نظر به نیاز روزافزون به سامانه های تبرید و تهویه مطبوع و به طبع آن افزایش مصرف انرژی الکتریکی و تولید گازهای گلخانه ای، استفاده از سامانه های تبرید اجکتوری راه حل مناسبی برای جایگزین کردن سامانه های تبرید تراکمی متداول به نظر می رسد. مشکل اصلی سامانه های تبرید اجکتوری، پایین بودن ضریب عملکرد آن ها است. در این سامانه ها، ضریب عملکرد به طور مستقیم به عملکرد اجکتور بستگی دارد. یکی از مهم ترین پیش نیازها برای بهبود عملکرد اجکتور، انجام یک شبیه سازی عددی دقیق و مطمین برای پیش بینی مولفه های محلی و کلی جریان در اجکتور است. در این مطالعه، در ابتدا با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای جریان دوبعدی، دارای تقارن محوری، حالت پایا و تراکم پذیر درون اجکتور فراصوتی، شبیه سازی عددی انجام شد. در قسمت بعدی این پژوهش، بهینه سازی هندسی برای چهار پارامتر هندسی تاثیرگذار اجکتور، یک بار با تابع هدف نسبت مکش و بار دیگر با تابع هدف بازده اگزرژی انجام شده است. استفاده از تابع هدف بازده اگزرژی برای اولین بار است که بر روی اجکتور انجام می گیرد. درنتیجه انجام بهینه سازی با تابع هدف نسبت مکش، هندسه اجکتوری حاصل شد که با تغییر ناچیز در فشار خروجی اجکتور، نسبت مکش آن به طور نسبی 53% افزایش داشته است. همچنین با انجام بهینه سازی هندسی با تابع هدف بازده اگزرژی، اجکتوری حاصل شد که بازده اگزرژی آن به طور نسبی 6/39% افزایش داشته است.

    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، اجکتور فراصوتی، بهینه سازی هندسی، نسبت مکش، بازده اگزرژی
  • مرتضی طاهری، سید علیرضا ذوالفقاری*، حسن حسن زاده، مازیار سلمان زاده صفحات 181-190

    امروزه افرادبیش‏تر وقت خودرادر فضاهای داخلی سپری می‏کنند، ازاین رو آلاینده‏های ذره‏ای موجود دراین فضاها میتواند تهدیدی جدی برای سلامتی افراد محسوب شوند،بنابراین بررسی توزیع وته‏نشینی آلاینده‏های ذره‏ای درفضاهای داخلی به منظور ارزیابی کیفیت هوای داخل از اهمیت زیادی برخوردار است.با توجه به کاربرد گسترده فن‏کویل در فضاهای بسته جهت سرمایش و گرمایش،دراین پژوهش به بررسی تاثیرسرعت هوای خروجی از فن‏کویل بر غلظت ذرات میکرونی با اندازه‏های 1،10و100میکرون درناحیه تنفسی افراد نشسته(9/0 تا 1/1متری)وایستاده(5/1 تا 7/1 متری) پرداخته شده است.برای این منظور با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی و بسته حل توسعه‏یافته توسط نویسندگان در حلگر اپن فوم، غلظت ذرات در اتاقی دارای فن‏کویل با دو سرعت 5/1 و 3 متربرثانیه، بررسی شده است. نتایج نشان می‏دهند که ذرات بزرگ(100میکرون)تاثیر کمتری از شرایط تهویه می پذیرندوپس از زمانی درحدود10 ثانیه ته‏نشین می شوند،درحالیکه برای ذرات کوچکتر(10و1میکرون)،شرایط تهویه تاثیر زیادی روی این ذرات داشته و پس از گذشت مدت زمان بیش‏تری(در حدود زمان800ثانیه)ته‏نشین می‏شوند.همچنین نتایج نشان می دهند که هر چقدر سرعت فن‏کویل افزایش پیدا کند،‏ ذرات بیش‏تری توسط فیلتر موجود در فن‏کویل فیلتر شده و درصد ذرات ته‏نشین شده روی کف کاهش می‏یابد. برای مثال برای ذرات 10 میکرونی باافزایش سرعت از5/1 به3متربرثانیه درصدذرات ته نشین شده روی کف از 26% به 17% کاهش می‏یابد.

    کلیدواژگان: کیفیت هوای داخل، آلاینده‏های ذره‏ای، ناحیه تنفسی، فن‏کویل، ذرات میکرومتری
  • سمیرا پایان*، سهیلا محمد پور صفحات 191-200
    در این مقاله یک مسیله تابش-نفوذ دوجزیی گذرا بازمان به صورت عددی حل شده است. هدف از حل این مسیله بررسی تاثیر چگالی گاز جاذب تابشی در فشارهای پایین روی توزیع دمای محیط برحسب مکان و زمان و میزان انتقال حرارت از محیط تابشی برحسب زمان، در دو حالت تعادل تابشی و دمای ثابت محیط است. به منظور حل مسیله تابش از روش جهات مجزای تصحیح شده و برای حل مسیله نفوذ گذرا بازمان از روش ضمنی حجم محدود استفاده شده است. مسیله در دو حالت گذرا و پایا مورد تحلیل قرار گرفت و مشاهده شد که تاثیر زمانی چگالی باعث تاثیر زمانی در توزیع دمای محیط با تعادل تابشی شده و این تاثیر در حالات با ضریب جذب جرمی 1 و 10 قابل صرف نظر کردن نیست. همچنین به علت در نظر گرفتن ضریب نفوذ به صورت تابعی از دما، اتصال مسیله نفوذ با تابش، منجر به وابستگی چگالی جزء جاذب به دما شده است به گونه ای که از تاثیرات چگالی برحسب دما نمی توان صرف نظر کرد. تحلیل مسیله نشان می دهد که اگرچه برای بازه های زمانی در نظر گرفته شده، معادله تابش به شکل پایا حل می شود اما نمی توان از تاثیر زمانی آن به واسطه تغییرات چگالی گاز جاذب در فشارهای پایین صرف نظر کرد. با تحلیل مسیله مشخص شد که تاثیرپذیری دمایی چگالی در حالت تعادل تابشی نسبت به ضریب نفوذ بیشتر است. این تاثیر در ضرایب جذب جرمی 1 و 10 مشهود بوده و اهمیت در نظر گرفتن تابعیت ضریب نفوذ برحسب دما را تاکید می کند.
    کلیدواژگان: تابش-نفوذ دو جزئی گذرا، تعادل تابشی، روش جهات مجزای تصحیح شده، محیط خاکستری، ضریب نفوذ متغیر با دما در فشارهای پایین
|
  • Mehran Mirbagheri, Kiumars Mazaheri *, Esmaeil Ebrahimi, Alireza Alipoor Pages 1-10
    In the present study, with the help of numerical study, the study of the uniform heat flux formation on process tubes as the main parameter in cracking furnaces has been investigated using flat flame burners with different thermal powers. Due to the lack of experimental data for solver validation, two problems of swirl burner and channel with conjugate heat transfer of combustion gases and solid surface have been used. To carry out simulations, the chtMultiRegionReactingFOAM solver in OpenFOAM software has been developed by adding the conjugate heat transfer capability to the ReactingFOAM solver. In simulations, k-ω SST turbulence model has been used for turbulence modeling. The results of the simulations show that the use of a flat flame burner in cracking furnaces allows for the uniform temperature distribution in the furnace with the low maximum combustion temperature. Also, to create the appropriate heat flux around the pipes so that the proper temperature distribution for cracking reactions is provided, the minimum heat flux of the flat flame burners is required, which in less than that, the appropriate temperature distribution does not occur on the pipes.
    Keywords: Cracking Furnace, Flat Flame Burner, Benchmark Problem, Heat Flux, Combustion Simulation
  • HamidReza Talesh Bahramia, Alireza Azizi, Hamid Saffari * Pages 11-20

    Condensation occurs on surfaces in two different forms, including fines and dropwise condensation. Investigations have shown that in especial conditions, dropwise condensation could have better heat transfer than filmwise condensation. Dropwise condensation occurs on hydrophobic and superhydrophobic surfaces. The rate of heat transfer depends mostly on the preparing process of hydrophobic surface. Two main features of hydrophobic surfaces are existing micro-nanostructures and their low surface energy. In this paper, a one-step electrodeposition process is used to produce the necessary micro-nano structures on copper surfaces for the first time. A self-assembled mono-layer of 1-Octaecanethiol as surface energy reducing agent. The resulting hydrophobic surfaces are used in dropwise condensation experiments. Effects of different parameters of the electrochemical cell such as electrical current and time of process on the dropwise condensation heat transfer are investigated. The heat transfer experiments are performed on a device fabricated for this purpose. The surface of the specimens are analyzed using Scanning Electron Microscopy images and X-ray diffraction analysis. The results show that some microstructures made from copper grow on the surface. The results show that the current and process time have positive effects on the dropwise condensation heat transfer. It has been seen that surfaces fabricated in low electrodeposition time (15 and 45 sec) have a worse dropwise heat transfer rate than filmwise condensation heat transfer. On the other hand, higher electrodeposition times (135 sec) give 2-4 times higher heat transfer than filmwise heat transfer in subcooling range lower than 10 Kelvin.

    Keywords: Dropwise Condensation, Superhydrophobic Surfaces, Self-assembly, Electrodeposition, Phase change
  • Mehran Abdolalipouradl, Shahram Khalilarya *, Samad Jafarmadar Pages 21-30

    A new configuration base on Sabalan geothermal wells is proposed to utilize two wells with different thermodynamic properties in Sabalan region in Iran and generate more power as well as supply of natural gas from Liquefied Natural Gas (LNG). A Kalina cycle and Transcritical CO2 Rankine cycle are using sabalan geothermal wells as a heat source and LNG as a thermal heat sink. A comprehensive parametric study is investigated to understand the characteristics of the system. The effects of the separator 1&2 pressures, pinch point temperature difference in the evaporators, the higher pressure of the Kalina cycle, the ratio of the Transcritical higher pressure to the critical pressure and pressure of LNG pump are studied on the power generation and thermal and exergy efficiencies. The results show that the thermal and exergy efficiencies can be increased by increasing separator 1&2 pressures and LNG pump. Also decreasing the higher pressure of the Kalina cycle and pinch point temperature of evaporators lead to increasing the net output power, thermal and exergy efficiencies. Additionally, exergy analysis results showed that the highest exergy destruction rate belongs to the heat exchanger 1&2. Optimization of the proposed cycle is performed by using genetic algorithm method, and it is observed in the optimal condition that the net output power, thermal efficiency, and exergy efficiency can be obtained as 30610 kW, 29.16%, and 56.92%, respectively. The results of this study indicate that the net output power and thermal efficiency is better performance compared to the previous studies.

    Keywords: Thermodynamic analysis, Single flash, Liquefied Natural Gas, Sabalan geothermal power plant
  • Majid Bazargan *, Ramin Farzadi Pages 31-40

    A diffusion absorption refrigeration cycle as a car refrigerator, which uses the car exhaust waste heat as a heat source of the cycle has been simulated in this study. An internal combustion engine with a volume of 1.3 liters at different engine speeds and throttle openings was examined experimentally and exhaust conditions such as flow rate and temperature were used as the input of the cycle. Eventually, for engine speeds above 2000 rpm, there was no trouble and the evaporator temperature ranged from -0.4oC to -7.1oC. For 1500 rpm and 1000 rpm, the evaporator temperature did not reach the desired range of variations, which is the case in other reported researches. There is no available solution for the situations where the engine is running at low speed such as in traffic jam or idle condition. Therefore, a new generator was designed and simulated to solve this problem. The simulation results show that by using the modified generator, the heat transfer to the generator improves by 16.8% on average. Consequently, the cooling capacity increases by 4.7%. Therefore, the current diffusion absorption cycle is capable of performing well at the low engine speeds.

    Keywords: Diffusion Absorption Refrigeration cycle, Internal combustion engine, Exhaust wasted heat, Cooling Capacity
  • Kourosh Javaherdeh *, Fazel Mohammadikhah, Javad Mahmoudimehr Pages 41-50
    This 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
  • Soheila Saleh Mirhasani *, Samad Jafarmadar, Shahram Khalilarya, Ata Chitsaz Pages 51-60

    In the present study, exergo-economic analysis of a combined solid oxide fuel cell (SOFC) with a gas turbine, a generator-absorber heat exchanger (GAX) and heating process heat exchanger for heating, cooling and power production as a tri-generation system is conducted. Also, an external steam reformer is applied to convert dimethyl ether as oxygenated fuel to hydrogen for the electrochemical process of the SOFC. The influence of the primary design parameters (fuel utilization factor and anode inlet temperature) on several variables (energy and exergy efficiencies, exergy destruction and unit costs of the power) are examined. Results show that energy efficiency of proposed system is 38% higher than standalone SOFC. It was found that the maximum exergy destructions occurred in afterburner, SOFC and recuperator. An increase in anode inlet temperature leads to reduction of exergy destruction in afterburner and fuelcell, while it has reverse effect on exergy destruction rate in recuperator. Unit cost of power is equal to 23.51 $⁄GJ at a specific condition and decreases with an increase in fuel utilization factor or increasing of anode inlet temperature. Increasing of utilization factor will increase all exergy efficiencies by 12%. The effect of an increase in anode inlet temperature on exergy efficiencies is positive but compared with the other parameter is lower and will increase them by 8%.

    Keywords: Solid oxide fuel cell (SOFC), Dimethyl ether, Tri-generation, External reforming, Exergoeconomic analysis
  • Seyyed Majid Rahgoshay *, AliAkbar Ranjbar, Abbas Ramiar, Ebrahim Alizadeh Pages 61-70

    The fuel cell is an electrochemical energy exchanger that directly converts the chemical energy into direct current and heat. Thermal management and water management are two major challenges in designing and efficiency of polymer fuel cells, which are inherent in each other. In this paper, by manufacture PEM fuel cell and test under different conditions, an analysis will be made of how the temperature is distributed in the full cell. By studding this temperature distribution, the relationship between power generation and heat distribution, thermal parameters (temperature distribution, maximum and minimum temperature) are extracted. The innovation aspect of this paper is to achieve an understanding of the distribution of temperature in polymeric fuel cell under different operating conditions. Also, the temperature distribution has been investigated in open-end and dead-end operating modes in different pressures and stoichiometries. When the fuel cell is changed from the open-end to the dead end mode, the maximum temperature changed from the outlet section in to the input section. By increasing pressure, the importance of maldistribution control and design of a suitable cooling system will increase.

    Keywords: Thermal Imaging, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, temperature distribution, Operating Conditions, Dead End Mode
  • GholamReza Molaeimanesh *, Seyed Morteza Mousavi Khoshdel, AmirBahador Nemati Pages 71-80

    Two of the great challenges of today's world are the air pollution of cities and the depleting of fossil fuel resources which forces humankind to replace non-renewable energy sources with renewable energy sources. In both challenges the automotive industry plays a significant role. To overcome the mentioned challenges, during the last decade, the development of electric vehicles has been on the agenda for the automotive industry. At the moment, all types of hybrid electric vehicles (HEVs) are offered at relatively competitive prices by the world's top automakers. Lithium-ion rechargeable batteries play a vital role in these vehicles. The performance, safety and life of these batteries are very much affected by their operating temperature. In this study, we used the experimental data of a Lithium-ion battery cell with using the ANSYS Fluent software in the form of a two-potential model and the NTGK sub-model was simulated. Time evolution of cell voltage and maximum temperature as well as the distribution of temperature during dynamic stress test (special battery test for HEVs) in different intervals are presented. The results of the simulations showed that high temperatures as 45 C are experienced during the dynamic stress test; this can lead to fast exhaustion and safety risk.

    Keywords: Air pollution, electric vehicles, Renewable Energy, Lithium-ion batteries, Battery simulation
  • Mohammad Vafaie, Mohammad Barzgarnezhad, Ali Arbabi, Ehsan Shakib *, MohammadMustafa Ghafurian Pages 81-90

    In this paper, a cascade solar desalination unit with external reflector designed and built and experimented in eigth days. In order to increase the production of fresh water, various techniques were applied such as 1) installing a number of finns on the stairs and on the waterway to create hot spots as a new idea, 2) use of internal reflectors at the base of the stairs and 3) use of an external condenser for increasing condensation rate of produced vapor. Then, the under study system was experimented in eight configuration using combination of above techniques and the experimental results were presented as well as the results of economical analysis. The results showed use of the finns led to the most amount of fresh water although the rest of techniques significantly increased the product. It is worth mentioning that use of the finnes led to fresh water with the lowest cost of product in value of 1343.1 Rials/lit. On the other hand, the system with an external condenser had the maximum efficiency and the system with the finns has the third place among the eight study configuration.

    Keywords: SOLAR DESALINATION, TECHNIQUES FOR INCREASING PRODUCT, ECONOMICAL EVALUATION, EFFICIENCY, COST OF PRODUCT
  • Erfan Hedayati Mehdiabadi, Faramarz Sarhaddi *, Fatemeh Sobhnamayan Pages 91-100

    In present study the thermoeconomic analysis of a double slope basin solar still equipped to phase change material (PCM) and photovoltaic thermal (PV/T) collector is carried out. The governing equations of problem are obtained by writing energy balance for different components of the system. The goal of governing equations solution is the calculation of glass cover temperature, absorber temperature, saline water temperature, PCM temperature, freshwater productivity and the useful heat gain of PV/T collector. Also, the output electrical power of PV module is calculated by four parameters current-voltage model. Present study numerical results are in good agreement with experimental data. The system performance evaluation is carried out from the viewpoint of freshwater productivity and energy efficiency for the sample winter and summer day of Zahedan. Results show that the freshwater productivity increases to 10.6% by increasing of mass flow rate from 0.001 to 0.01 kg/s. Increase of saline water mass of basin from 20 to 30 kg decreases the freshwater productivity to 4.8% during the day. On the other hand, it increases the freshwater productivity to 7.43% during the night. The energy efficiency is 37.5% less on winter day than summer day. The freshwater production cost is obtained 0.0314 $/l.m2.

    Keywords: Double slope basin solar still, energy analysis, economic analysis PV, T collector, PCM
  • Mohammad Firoozzadeh, AmirHossein Shiravi *, Mojtaba Shafiee Pages 101-110

    Nowadays, using of renewable sources are popular methods to generating energy. Photovoltaic (PV) technology is one of the most popular ways to producing power. In hot days of year, which the maximum irradiation of sun is available, because of the temperature value is high, the efficiency of PV cells is falls down. In this paper, in order to decrease the temperature of PV cells, using Polyethylene-Glycol 600 (PEG-600) as phase change material (PCM), for cooling the PV panel was studied. The results show the positive effect of fins on controlling the temperature of photovoltaic cells. Moreover, in order to increasing the rate of melting the PCM, integrating some fins was investigated too. The panel with PCM included, in about 80 mins of the end of test, had a same temperature with the conventional panel, as well as panel with both PCM and fins, at the end of experiment, had a temperature difference of about 9°C compared with conventional panel. Furthermore, the maximum efficiency difference between the panel with PCM and panel with PCM + fins, were about 2.4 % and 4.6 %, respectively. This means that fins, due to the increased amount of heat exchange between the panel and PCM, has been able to play an important role to increasing the efficiency and controlling the temperature of the panel. Finally, for economic and industrial feasibility of the proposed prototypes, the economical estimation is also presented.

    Keywords: Phase change material, Photovoltaic, fin, economical feasibility
  • Mostafa Moshtagh, Ahmad Jamekhorshid *, Ahmad Azari, Hassan Bazai Pages 111-120
    In this study, the effect of adding of microencapsulated phase change material (MEPCM) to pure water base fluid as a working fluid was investigated. To this end, a laboratory apparatus was prepared and used. The main part of this setup is a tube which is called test section. This tube has a circular cross-section under a constant heat flux and is equipped with 6 thermocouples for measuring wall temperature at 6 different points as well as 2 thermocouples to measure the inlet and outlet flow temperature into the tube. The effect of butterfly tube inserts was also studied and the results were compared with each other. The results showed that adding phase change material to base fluid could improve the heat transfer rate up to 41%. Also, when the butterfly blades were placed in the test section, it was observed that the heat transfer rate increased to 234% for pure water and up to 180% for the slurry of 10 wt% of the phase change material. The blades increase the heat transfer by creating turbulence in the flow and eliminating the thermal boundary layer.
    Keywords: Convective Heat Transfer, Slurry PCM, Butterfly Tube Inserts
  • Sanaz Nasiri, Shahram Talebi *, MohammadReza Salimpour Pages 121-130

    Pool boiling has many applications in industrial processes. Use of nanoparticle, heater surface expansion and magnetic field applying are important and effective elements on boiling heat transfer. In this article, pool boiling of dionized water and γ-Fe2O3/water magnetic nanofluid have been analyzed on smooth and copper grooved surface at one atmosphere pressure in the presence and absence of magnetic field, experimentally. For comfirmation of results accuracy, the test of dionized water was done in three different days that had good agreement with reference relations. Nanofluid has been built in one stage and has high stability. The result showed that the boiling heat transfer coefficient of dionized water has increased in circular and rectangular grooved surfaces and has decreased in triangular grooved suface toward the smooth surface. The boiling heat transfer coefficient of nanofluid has increased 24% in circular grooved surface and has decreased 8% and 37% in rectangular and triangular grooved sufaces, respectively, toward the smooth surface. The corners existence and wettability reduction in vertical wall of rectangular and triangular grooves and the bubbles slipping cause thermal resistanse increasing toward circle groove. Two flat constant magnets have been used in two sides of boiling reservoir for magnetic field creation. By applying magnetic field with negative gradient, the boiling heat transfer cofficient of nanofluid has enhanced in circular and rectangular grooved surfaces and has reduced in triangular grooved surface. The upward magnetic force causes the formed bubbles diameter decreasing, but groove type is effective on result, too.

    Keywords: Pool boiling, magnetic nanofluid, grooved surface, heat transfer coefficient, magnetic field
  • Mahdi Kashi, Amir Ramezani, Mohsen Nazari *, MM. Shahmardan Pages 131-140

    In this study, flow boiling heat transfer in a vertical copper tube with internal diameter of 16 mm under constant heat flux conditions and at atmospheric pressure is experimentally investigated by using water as working fluid. To validate the results and to ensure the accuracy of the experimental loop, several experiments are performed in the single-phase mode, and the results are compared with the existing relationships for single-phase heat transfer, which indicates the validity of the test section. The experiments are carried out in both empty vertical tube and the vertical tube containing a metal foam. The two-phase tests are within the range of the slug flow regime which is visualized by a glass tube placed at the end of the test section. Heat transfer parameters such as Nusselt number and Convection heat transfer coefficient are measured in different mass flow rates and heat fluxes. The results of the experiments are also compared with the experimental data available for two-phase flow in the literature. The effects of porous material, heat flux and mass flux on heat transfer parameters are investigated. It was found that in low vapor qualities and in the range of mass fluxes (i.e. 38-53 kg/m2s), and heat fluxes (i.e. 23-36 kW/m2), the inserted metal foam leads to an improvement in the heat transfer coefficient from 1.5 to 1.82 times (compared to the empty tube). It was also found that despite the use of metal foam, the slug flow regime is remained in the pipe.

    Keywords: Two-phase heat transfer, flow boiling, Metal foam, vertical flow, visualization
  • Seyed Abdolmehdi Hashemi *, Ahmadreza Tayyareh, Mahdi Mollamahdi Pages 141-150
    In this study, the effects of the porous burners in comparison with the conventional burner on the performance of Gas-tank water heater have been investigated experimentally. A partially premixed burner with natural gas fuel is used in the experiments. Four different types of porous burners and a conventional burner have been applied. In the Results, water temperature, chimney temperature, flame temperature, emissions and combustion efficiency for different burners at various flow rates of fuel have been reported. Observation shows that the use of porous burner with 10 cm porous metallic solid reduces the time that water temperature reaches 60 oC. Also, it is observed that the conventional burner has the lowest flame temperature and the highest chimney temperature in all of the tests. Moreover, it is showed that the burner with 10 and 5 cm porous metallic solid has the highest flame temperature and the lowest chimney temperature, respectively. The burner with 5 cm porous metallic solid and the conventional burner has the highest and lowest amount of carbon dioxide, respectively. The combustion efficiency of Gas-tank water heater increases about 15 percent by using the burner with 10 cm porous metallic solid.
    Keywords: Experimental study, Porous burner, Gas-tank water heater, Combustion efficiency
  • Majid Alavi Lavsani, Mohsen Pirmohammadi * Pages 151-160
    One of the effective approaches of heat transfer enhancement is use of fins. In this investigation, effect of five different geometries of fin on turbulent forced convection heat transfer have been studied. The governing equatios for fluid flow and heat transfer are discretized with Finite Volume Method (FVM) and solved. Also for linking of velocity and pressure of fluid, SIMPLE algorithm is employed. For modeling the turbulent flow the is applied. At first, independency of numerical method from computational domain and validation of numerical results in compare of other experimental and numerical investigation are provided. Then, geometries are investigated for fins include of triangle with different angles, trapezoidal, square and rectangular. For these geometries, numerical results for velocity vector, pressure and temperature of fluid have been presented. Finally, heat transfer results are studied with regards to nusselt number. Triangle fin with angle of 60o respect to 90o, has much nusselt number and trapezoidal fin has much nusselt number among five fins.Also it is seen that fin with 60o has maximum pressure coefficient and pressure loss for square and trapozide fins is the most.
    Keywords: heat transfer, Force Convection, fin, Turbulent flow, numerical simulation
  • Saadat Zirak *, Mehran Rajabi Zargarabadi, Seyyed Mehdi Hosseini Baghdad Abadi Pages 161-170
    In this paper, effect of the angle of injection on the film cooling effectiveness with square wave pulsation is investigated at various frequencies. Four angles of injection are selected at 20, 25, 30 and 35 degrees. Film cooling is used to cool turbine blades and extend life of blade. The pulsed flow is investigated at three frequencies of 2, 50 and 500 Hz. Finite volume method was used to solve governing flow equations. The SST k-ω model was used for modeling turbulence. results showed that injection angle between 20 and 25 degrees in three frequencies studied had the most film cooling effectiveness of the central and lateral line, especially in the areas far from the edge of the hole. Higher frequencies increase the effectiveness of film cooling at the lower initial distances of the hole. At far distances, the lower frequency is the most effectiveness. The largest difference in centerline effectiveness was achieved at frequency of 500 Hz , and between angles of 20 and 35 degrees, and this value was 64.3%. This value was 98.9% for laterally effectiveness . As the frequency increases, interruptions of flow-off and flow-on are reduced, and as a result, the instantaneous effectiveness also has a slower variation than the lower frequencies. The blowing ratio of 0.5 had the most value in comparison with blowing ratio of 0.75 and 1 in all angles and frequencies. The maximum difference in effectiveness, at blowing ratio of 0.5 , in comparison with other two blowing ratios, was 187.4%.
    Keywords: Pulse film cooling, square wave flow, angle of injection, SST k-ω turbulence model, Frequency
  • Farid Aligolzadeh, Ali Hakkaki Fard * Pages 171-180

    Due to an increasing need for refrigeration systems and their growing electrical demand and greenhouse gases production, using ejector refrigeration systems would be a suitable substitution for conventional cooling systems. Main drawback of ejector refrigeration systems is their low coefficient of performance. The key component to improve the cycle performance is the ejector. Prerequisite of improving ejector performance is an accurate CFD simulation for predicting its entrainment ratio. In this study, a two dimensional, axisymmetric, steady state, compressible flow CFD simulation of a supersonic ejector is performed. In the second part of this study, geometrical optimization of the simulated ejector for two different objective functions is performed. The first objective function considered was the ejector entrainment ratio. The optimization with this objective function led to 53% relative improvement in the entrainment ratio with a negligible decrease in critical pressure. The second, objective function considered was the exergy efficiency in which the optimization showed 39.6% relative improvement. The exergy efficiency is used for the first time in the literature as the objective function for optimization of ejector geometry.

    Keywords: Computational fluid dynamics (CFD), Supersonic ejector, Shape optimization, Entrainment ratio, Exergy efficiency
  • Morteza Taheri, Alireza Zolfaghari *, Hasan Hasanzadeh, Mazyar Salmanzadeh Pages 181-190

    Nowadays,most people spend their time in the interior spaces.Therefore,particulate pollutants in these spaces are serious threat to the health of human.Hence,the investigation on distribution and deposition of particle pollutants in indoor spaces is important for assessing indoor air quality.Due to the wide use of fan coils in interior spaces for cooling and heating,in this article the effect of fancoil airflow velocity on the concentration of micron particles of1,10and100microns in the breathing zone of seating(0.9 to 1/1meter) and standing(1.5to1.7meters)people has been studied.For this purpose,by using the computational fluid dynamics and the solver package developed by the authors in OpenFoam,the particle concentration is investigated in a room with a fancoil airflow velocity at1.5and3 m/s.The results show that large particles(100 microns)have a small effect on air quality and settle down after10seconds,in the other hand the smaller particles(10and1micron)have a major impact on ventilation conditions and they settle down after more time(about800seconds).The results indicate that the fan coil velocity increases,also the results show that more particles are filtered by the filter in the fancoil by increasing fancoil velocity and the percentage of particles deposited on the floor reduced.For example,for10microns particles,by increasing fan coil velocity from1.5to3m/s,the percentage of particles deposited on the floor is reduced from26%to17%.

    Keywords: Indoor air quality, Particulate pollutants, Breathing zone, Fan coil, Micron particles
  • Samira Payan *, Sohila Mohammadpour Pages 191-200
    In this research, a transient two-component radiation-penetration problem is solved numerically. This study aims at investigating the effect of the radiated absorbing gas density in low pressures on the distribution of the ambient temperature in terms of the time, position, and the amount of heat transferred from the radiation environment in terms of the time in two modes of radiation equilibrium and constant temperature of the environment. MDOM was used to solve the radiation problem; while, the finite volume method was used to solve the transient time penetration problem. The problem was analyzed in two transient and steady states and it was observed that the time effect of density led to the time effects on the ambient temperature distribution with a radiated balance and the effects cannot be neglected. Furthermore, by taking into account the influence of the penetration coefficient as a function of temperature, the correlation of the penetration problem with the radiation results in the dependency of the adsorbent component density on the temperature, so that the effects of the density in terms of temperature cannot be ignored. The problem analysis shows that although the radiation equation can be solved in a steady manner for the time interval of interest, one cannot neglect its time effects due to changes in the density of adsorbing gas. This effect is higher in high-mass absorbing coefficients, emphasizing the importance of considering the penetration coefficient in terms of temperature.
    Keywords: Transient Radiation-two-component diffusion, radiation equilibrium, Modified discrete ordinates method, gray medium, temperature-varying penetration coefficient in low pressure