فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
سال نهم شماره 2 (پیاپی 31، تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/04/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علیرضا امیرشکاری زاده، احسان الله عصاره* صفحات 1-20

    در این پژوهش به مدل سازی، بهینه سازی و آنالیز اقتصادی یک سیستم تولید چندگانه بر مبنای استفاده از انرژی خورشیدی با استفاده از ترموالکتریک در سیکل ارگانیک رانکین، پرداخته شد. سیستم مورد بررسی متشکل از زیرسیستم های پنل خورشیدی، سیکل ارگانیک رانکین، چیلر جذبی و الکترولایزر PEM است. سیال مورد استفاده در سیکل ارگانیک رانکین شامل مبرد R123 است. جهت مدل سازی سیستم مورد بررسی و همچنین به دست آوردن نتایج حاصل از تحلیل سیستم از نرم افزار ترمودینامیکی حل معادلات مهندسی EES استفاده شده است. در این پژوهش مقایسه ای بین دو سیستم با حضور ترموالکتریک و سیستم بدون حضور ترموالکتریک و استفاده از کندانسور در سیکل ارگانیک رانکین انجام شد و طیق نتایج سیستم با حضور ترموالکتریک دارای عملکرد بهتری است. طبق بررسی های به عمل آمده از پارامترهای تاثیر گذار بر روی خروجی های سیستم می توان از دمای ورودی به توربین و مساحت پنل خورشیدی نام برد. طبق بررسی تخریب اگزرژی سیستم، پنل خورشیدی دارای بیشترین تخریب اگزرژی است و کمترین تخریب اگزرژی مربوط به پمپ است. برای بهینه سازی توابع هدف سیستم طراحی شده از الگوریتم چندهدفه ژنتیک NSGA-II استفاده شده است. دو تابع هدف متضاد مورد بررسی در این پژوهش افزایش بازده اگزرژی و کاهش نرخ هزینه عنوان شد. نمودار پارتو به منظور تعیین بهترین مقادیر برای توابع هدف مسیله که بازده اگزرژی سیستم و نرخ هزینه سیستم است، به دست آورده شد. در نهایت بهینه ترین ارزش بازده اگزرژی 18/25 درصد و نرخ هزینه 1/87 دلار بر ساعت به دست آمد.

    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، سیستم تولید چندگانه انرژی، پنل خورشیدی، بازده اگزرژی، نرخ هزینه
  • فاطمه بهبهانی*، مهدی حمزه ای، زهرا مهردوست، محمد مقیمان صفحات 21-32

    یکی از خطراتی که همواره ساختمان ها را تهدید می کند، خطر حریق می باشد. پس از وقوع حریق، دود تولید می شود. در بیشتر موارد دود ایجاد شده در اثر حریق به مراتب خطر بیشتری نسبت به آتش، برای جان افراد به دنبال دارد. بنابراین با کنترل دود می توان از ساختمان و افراد ساکن در آن محافظت کرد و خسارت های ناشی از حریق را کاهش داد. در این پژوهش پخش دود در پارکینگ یک مجتمع با استفاده از نرم افزار پایروسیم، مورد بررسی قرار گرفت. برای حل از معادلات ناویراستوکس، انرژی، بقاء جرم و برای آشفتگی از مدل شبیه سازی گردابه های بزرگ استفاده شد. دو سناریو برای بررسی حریق در نظر گرفته شد. در سناریوی اول پارکینگ بدون سیستم تهویه و در سناریوی دوم همراه با سیستم تهویه مورد مطالعه قرار گرفت. از اگزاست فن برای تخلیه دود و از ساپلای فن برای تامین هوای تازه استفاده شد. نتایج این دو شبیه سازی با یکدیگر مقایسه شد. قدرت حریق مورد بررسی 4 مگاوات بود. نتایج نشان داد در سناریوی اول میزان غلظت دود 0/003 مول بر مول و قابلیت دید 2 متر می باشد. در سناریوی دوم میزان غلظت دود 0/0002 مول بر مول می شود که نسبت به سناریوی اول 93% بهبود یافت. هم چنین قابلیت دید در ابتدا به 2 متر کاهش یافت و سپس با فعال شدن اگزاست فن و تخلیه دود در زمان 600 ثانیه به 20 متر افزایش یافت. در واقع قابلیت دید نسبت به سناریوی اول 900% بهبود یافت. به این ترتیب، کاهش غلظت دود و افزایش قابلیت دید موجب تخلیه آسان تر افراد در هنگام حریق می شود.

    کلیدواژگان: حریق، کنترل دود، نرم افزار پایروسیم، گردابه های بزرگ، قابلیت دید
  • حسین صفری*، علیرضا رئوف پناه صفحات 33-53

    امروزه، با توجه به کم بودن منابع انرژی ، صنایع توجه بیشتری به مساله بهره وری انرژی نشان می دهند. در بخش های کاهش مصرف انرژی و افزایش سرعت کشتی ها و زیردریایی ها، بحث مقاومت اصطکاکی سطح نقش بسیار مهمی دارد. سطوح ریبلتی، یک روش منفعل هستند که توانایی کاهش درگ (پسا) سطوح را دارا می باشند. این مطالعه، به بررسی عددی کاهش پسای 4 هندسه مختلف و جدید ریبلتی در ابعاد و سرعت های مختلف می پردازد. جریان در محدوده رژیم جریان آرام بوده و ریبلت ها به صورت عمود بر جهت جریان قرار گرفته اند. همچنین توزیع تنش برشی و فشار استاتیکی بر روی سطوح ریبلتی مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج نشان دادند که هندسه های 1 و 4 میزان کاهش پسای بالاتری را (در حدود 10/7% و 10/2%) نسبت به هندسه های 2 و3 (در حدود 7/7% و 4/4%) به ترتیب، ارایه می دهند. برخلاف هندسه های1 و 4 ، هندسه های 2 و 3 نیروی پسای اصطکاکی بالاتری را نسبت به نیروی پسای فشاری بر روی سطوح خود دارند. همچنین مطالعه تغییرات سرعت نشان داد که هندسه های 1 و 4 کاهش درگ بالاتری را به ترتیب در هرکدام از سرعت ها دارند.

    کلیدواژگان: ریبلت، کاهش درگ، شبیه سازی عددی
  • رومینا خلیل زاده اقدمی، سید مجید مفیدی شمیرانی*، منصوره طاهباز صفحات 55-82

    در مقاله حاضر به بررسی تاثیر روشنایی طبیعی و نورگذرهای مناسب، بر بهبود عملکرد نورروز و بهینه سازی مصرف انرژی در کلاس درس پرداخته شده است. در راستای عمل به سیاست های کلی محیط زیست کشور و کاهش هزینه های جاری مدارس با استفاده بهینه از انرژی ، بهره گیری از نورروز عاملی برای مشارکت در تقلیل مصرف انرژی و گامی در جهت تحقق افق 1404 است. هدف این مقاله ارزیابی عملکرد نورروز و ارایه راهکارهایی جهت بهبود آسایش بصری است که به منظور دستیابی به این مهم بنای پیش دبستانی شهید مهدوی در شمال غرب تهران به سبب ویژگی های کالبدی خاص همچون رف نوری، دیوار ترومب به همراه دریچه های نور، شمسه در سقف و آترویم مورب به عنوان نمونه موردپژوهی انتخاب شد. بر اساس روش تحقیق کمی، نمونه موردی انتخاب شد و نورسنجی با استفاده از ابزار سنجش روشنایی در دو کلاس جنوبی مدرسه مهدوی به صورت با رف نور و بدون آن در 23 دی ماه 1399 با شرایط آسمان آفتابی و در زمان های مشخص انجام گرفت. به منظور شبیه سازی و همچنین تحلیل نتایج، از نرم افزار کلایمت استودیو استفاده شد. آنالیزهای محیطی به صورت شبیه سازی سالانه روشنایی براساس ضوابط لید 4.1 صورت پذیرفت. روش کیفی نیز براساس استدلال استقرایی و با استفاده از مطالعات گسترده کتابخانه ای انجام گرفته است. در نهایت نتایج برداشت میدانی و تحلیل های نرم افزاری بررسی و شاخص روشنایی مفید نورروز در هر 4 مدل بررسی شد و در محدوده قابل قبول قرار داشت. بنابراین ترکیبی از پنجره های خورشیدی و رف نوری در جنوب کلاس، به همراه پرده های متحرک نیمه شفاف سبب توزیع یکنواخت نور روز می شود. در صورت بهره گیری از آتریوم در شمال کلاس، میزان یکنواختی و بهره برداری از نورروز افزایش یافته و سبب بهبود عملکرد آن می شود. پیشنهادهایی به منظور بهبود آسایش بصری در این پژوهش ارایه شده است.

    کلیدواژگان: نورروز، نورگذر، فضای آموزشی، بهره وری انرژی، آسایش بصری
  • محمدباقر حیدری ورنامخواستی، حسن غفوری ورزنه* صفحات 83-98

    بهره  گیری از خشک  کن  های خورشیدی در مناطقی که دارای شدت تابش خورشیدی بالایی هستند، یک روش مقرون به صرفه برای خشک کردن مواد غذایی می باشد. پارامترهای عملکردی خشک کردن به عواملی مانند هندسه خشک کن، ماده خشک کردنی و اقلیم منطقه بستگی دارد. لذا هدف، شبیه سازی جریان سیال و انتقال حرارت در خشک کن خورشیدی برای خشک کردن گیاه نعناع در منطقه کرمان می باشد که با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) انجام شد. در این تحقیق با افزودن فن تهویه در بالای محفظه خشک کن، دمای خشک کن در خلال فصول گرم سال کنترل و بهبود یافت. جنس و مواد استفاده شده در ساخت خشک کن بصورت واقعی مدل شد تا نتایج حاصل از آن به واقعیت نزدیک باشد. اعتبار سنجی نتایج به دست آمده از روش شبیه سازی عددی با داده های ارایه شده به صورت تجربی در مقاله های دیگر نشان داد که با استفاده از روش دینامکی سیالات محاسباتی با دقت بالایی می توان رفتار خشک کن های واقعی را شبیه سازی کرد. مزیتی که استفاده از روش شبیه سازی نسبت به ساخت نمونه آزمایشگاهی دارد این است که در این روش امکان مشاهده الگوی جریان هوا در بخش داخلی و بیرونی خشک کن، ارزیابی الگوی تغییرات دمایی و همچنین مقدار تابش دریافتی توسط خشک کن برای یک روز کامل و تعمیم آن برای یک سال با صرف زمان و هزینه بسیار پایین تر وجود دارد. با توجه به این که می توان عملکرد سیستم را برای یک سال پیش بینی نمود در نتیجه می توان دوره های زمانی مناسب و یا نامناسب از این دستگاه برای خشک کردن نعناع را مشخص نمود. همچنین در این پژوهش مشخص شد که با نصب کردن فن برای مکش جریان های هوای خشک کن می توان عملکرد خشک کردن نعناع را بهبود بخشید و انتقال حرارت در خشک کن را به خصوص در ماه های گرم سال بهبود داد. همچنین نشان داده شده با استفاده از فن های نصب شده می توان دمای هوای خشک کن را تا 18 درجه کلوین کاهش داد و در نتیجه به نمونه خشک شده مطلوب تری دست یافت.

    کلیدواژگان: خشک کن خورشیدی، دینامیک سیالات محاسباتی، انتقال حرارت جابجایی اجباری، نعناع
  • مجتبی مسیحی، علی نوری بروجردی*، هادی کارگر شریف آباد صفحات 99-120

    در مقاله حاضر رفتار و الگوهای جریان دوفازی نا همسوی  آب - هوا در لوله های عمودی از جنس پلکسی گلاس شفاف با قطرهای داخلی   mm 26 و   mm 44 به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. سیالات مورد استفاده آب و هوا بوده و نتایج جریان برای 304 حالت انتخابی با تغییر سرعت ظاهری آب و هوا بدست آمده است. هوا از پایین به بالا و آب از بالا یه پایین با ورودی منحصربفردی جریان دارد. محدوده سرعت های ظاهری هوا و آب برای لوله  mm 26 به ترتیب m/s26.17- 10.47 و m/s 0.36 -0.06 و برای لوله mm 44 به ترتیب m/s 9.14-3.56 وm/s 0.12-0.02 است. ضخامت فیلم مایع در الگوی جریان حلقوی با تکنیک بستن سریع شیر برقی بدست آمد. اندازه گیری پدیده اینترینمنت توسط تکنیک نمونه برداری ایزوسینتیک انجام شد. در راستای یافتن بهترین شرایط از روش سطح پاسخ استفاده شد. تامین شرایط جریان مخالف مایع و گاز، جهت گیری اولیه و تاثیر این طراحی روی الگوی جریان، ضخامت فیلم مایع و کسر اینترینمنت، نوآوری کار حاضر می باشد. آنچه این تحقیق را از کارهای قبلی محققین متمایز می کند بدست آوردن دقیق تر الگوی جریان حلقوی جهت محاسبه ضخامت فیلم مایع و پدیده اینترینمت با طراحی جهت گیری ورودی اولیه می باشد. نتایج این پژوهش توافق خوبی با مدل الیمانز در لوله 26 میلی متر و مدل والیس در لوله 44 میلی متر برای محاسبه اینترینمنت و مدل شیبرینگ برای محاسبه ضخامت فیلم مایع دارد. این نشان می دهد که پیش بینی رابطه های جدید از مطالعات گزارش شده ی قبلی ممتازتر است.

    کلیدواژگان: جریان دوفاز ناهمسو، ضخامت فیلم مایع، کسر اینترینمنت، تنش برشی فصل مشترک
|
  • Alireza Amirshekari, Ehsanollah Assareh* Pages 1-20

    In this study, modeling, optimization and economic analysis of a multiple generation system based on the use of solar energy using thermoelectric in the Rankin organic cycle. The system under study consists of solar panel subsystems, Rankin organic cycle, absorption chiller and PEM electrolyzer. The fluid used in the Rankin organic cycle contains refrigerant R123. Thermodynamic software for solving EES engineering equations has been used to model the studied system and also to obtain the results of system analysis. In this study, a comparison was made between two systems with the presence of thermoelectric and the system without the presence of thermoelectric and the use of condenser in the Rankin organic cycle and according to the results, the system with thermoelectric presence has better performance. According to the studies performed on the parameters affecting the system outputs, we can name the inlet temperature to the turbine and the area of ​​the solar panel. According to the system exergy degradation study, the solar panel has the most exergy degradation and the least exergy degradation is related to the pump. The NSGA-II genetic multi-objective algorithm is used to optimize the objective functions of the designed system. The two opposite objective functions studied in this study were to increase exergy efficiency and reduce cost rate. The Pareto diagram was obtained in order to determine the best values ​​for the objective functions of the problem, which are the system exergy efficiency and the system cost rate. Finally, the optimum value of the exergy efficiency was 18.25% and the cost rate was $ 1.87 per hour. Also for case study in this study, Khuzestan province and Dezful, Ahvaz and Abadan cities were selected. The results of a case study showed that this system has a high performance in Khuzestan province and the best results were obtained in Abadan.

    Keywords: Solar energy, multiple energy generation system, solar panel, exergy efficiency, cost rate
  • Fatemeh Behbahani*, Mehdi Hamzei, Zahra Mehrdoost, Mohammad Moghiman Pages 21-32

    One of the dangers that always threatens buildings is the risk of fire. Smoke is generated after a fire. In most cases, smoke generated by fire poses a far greater risk to human life than fire. Therefore, by controlling the smoke, the building and the people living in it can be protected and the damages caused by the fire can be reduced. In this study, smoke distribution in the parking lot of a complex was investigated using PyroSim software. Navier-Stokes equations for energy, mass survival were used to solve and large vortex simulation model was used for turbulence. Two scenarios were considered to investigate the fire. In the first scenario, parking without ventilation system was studied and in the second scenario, it was studied with ventilation system. Exhaust fan was used to evacuate the smoke and sapphire fan was used to supply fresh air. The results of these two simulations were compared with each other. The fire power was 4 MW. The results showed that in the first scenario, the smoke concentration is 0/003 mol / mol and the visibility is 2 meter. In the second scenario, the smoke concentration is 0/0002 mol / mol, which is 93% better than the first scenario. Also, the visibility was initially reduced to 2 meters and then increased to 20 meters in 600 seconds with the activation of the exhaust fan and smoke evacuation. In fact, visibility improved by 900% compared to the first scenario. Reducing the concentration of smoke and increasing visibility make it easier for people to evacuate during a fire, and people are able to live longer in a fire.

    Keywords: Fire, smoke control, pyrosim software, large vortices, visibility
  • Hossein Safari*, Alireza Raoufpanah Pages 33-53

    Nowadays, due to the shortage of energy resources, the industries pay more attention to the energy efficiency. in terms of transportation, reducing of energy consumption and increasing the speed of marine vessels and submarines, the surface friction resistance holds an important role. riblets surfaces are a passive method that have ability of surface drag reduction. This study, investigates numearically, the drag reduction of 4 different and new geometries of riblets in different dimensions and velocities. the flow is in the laminar regime range and riblets are aligned perpendicular to the flow direction. Also the distribution of shear stress and static pressure on the riblet surfaces are examined. The Results showed that geometries 1 and 4 have a higher drag reduction (about 10/7% and 10/2%) relative to the geometries 2 and 3 (about 7/7% and 4/4%) Respectively. Unlike geometries 1 and 4, geometries 2 and 3 have a higher viscose force relative to the pressure force on their surfaces. Also the study of speed changes showed that geometries 1 and 4 have a higher drag reduction in each speed respectively.

    Keywords: Riblet, Drag Reduction, Numerical Simulation
  • Romina Khalilzadeh Aghdami, Majid Mofidi Shemirani*, Mansooreh Tahbaz Pages 55-82

    This article has been investigated the effect of natural light and appropriate skylights on improving daylight performance and reducing energy consumption in classrooms.In order to implement the country’s general environmental policies and reduce school costs with the optimal use of energy, daylighting is a factor for participation in reducing energy consumption and a step towards achieving the goal of 1404. This article’s purpose is to evaluate daylighting performance and provide solutions to improve visual comfort. In order to achieve this goal, Shahid Mahdavi preschool in the northwest of Tehran was selected as a case study due to its special physical characteristics such as light shelf, trombe wall, light shelves, geometric designs on the roof and diagonal atrium. Based on the quantitative research method, a case sample was selected and light metering was performed using light measuring instruments in the two southern classes of Mahdavi preschool with and without light shelves on January 12, 2021 with sunny sky conditions and at specific times. Climate Studio software was used to simulate and analyze the results. Brightness rating was used by the rating indicator in green buildings (4.1 LEED). The qualitative method is also based on inductive reasoning and using extensive library studies. Finally, the results of field information and software analysis were reviewed and the useful daylight illuminance factor was evaluated in all 4 models, which was in the acceptable range. Therefore, a combination of south windows and light shelves, along with semi-transparent moving curtains, causes a uniform distribution of daylight. Using atrium in the north side of the classroom will increase lighting performance and its uniformity. Suggestions for improving visual comfort are presented in this study.

    Keywords: Daylight, window, educational space, energy efficiency, visual comfort
  • Hasan Ghafoori Vazaneh* Pages 83-98

    Using solar dryers in areas with high solar intensities is an economical way to dry food. Drying performance factors depend on factors such as the geometry of the dryer, the drying material and the climate of the area. Therefore, the aim is to simulate fluid flow and heat transfer in a solar dryer to dry the mint plant in Kerman region, which was done using computational fluid dynamics (CFD). In this study, by adding a ventilation fan above the dryer chamber, the dryer temperature was controlled and improved during the hot seasons of the year. This simulation is done as much as possible by considering the actual operating conditions and even the material and materials used in the construction of the dryer so that the results are as close to reality as possible. By validating the results obtained from the numerical simulation method with the data presented experimentally in other articles, it was proved that by using the dynamic method of computational fluids, the behavior of real dryers can be simulated with high accuracy. The advantage of using the simulation method over making a laboratory sample is that in this method it is possible to observe the pattern of air flow through the inner and outer part of the dryer, evaluate the pattern of temperature changes and also the amount of radiation received by the dryer for a full day and generalization. It exists for a year with much lower time and cost. Due to the fact that the performance of the system can be predicted for one year, as a result, it is possible to determine the appropriate or inappropriate time periods of this device for drying mint. It was also stated in this study that by installing a fan to suck the air currents of the dryer, the drying performance of mint can be improved and the heat transfer in the dryer can be improved, especially in the hot months of the year. It is also shown that using the installed fans, the air temperature of the dryer can be reduced to 18 degrees Kelvin, and as a result, a more desirable dried sample can be achieved.

    Keywords: Solar dryer, Computational fluid dynamics, Forced heat transfer, Mint
  • Mojtaba Masihi, Ali Noori Boroojedi*, Hadi Kargar-Shariabad Pages 99-120

    In the present research, the behavior and flow pattern of a Counter current Gas-Liquid Two-Phase Flow in different Transparent Vertical pipes made from Plexiglas with inner diameters of 26 mm and 44 mm were experimentally investigated. The considered fluids included the water and the air, and the results were obtained for a total of 304 select cases differing in the apparent velocities of the water and the air. The air and the water were flown from separate inlets upward and downward, respectively. The apparent velocities of the air and water in the 26 mm pipe were investigated in the ranges of 10.47 – 26.17 m/s and 0.06 – 0.36 m/s, respectively. The corresponding ranges for the 44 mm pipe were  3.56 – 9.14 m/s and 0.02 – 0.12 m/s, respectively. The liquid film thickness in the annular flow was measured by the Quick shut valve technique. The Entrainment fraction was measured Isokinetic-sampling technique. Provision of the Counter current Gas-Liquid Two-Phase Flow conditions in terms of initial flow orientation and the investigation of the effect of this design on the flow patterns, liquid film thickness, and the Entrainment fraction are the major innovations of the present research.In contrast to previous research works, the present study sets the scene for a more accurate evaluation of the annular flow pattern for calculating the liquid film thickness and the Entrainment fraction by designing the initial inlet orientation. Based on a comparison, as far as the calculation of the Entrainment was concerned, the results of the present research exhibited good agreement with the Oliemans model in the 26 mm pipe and the Wallis model in the 44 mm pipe, and when it came to obtaining the liquid film thickness, the results were consistented to those of the Schubring model.It is shown that the predictions of this new correlation outperform those from previously reported studies.

    Keywords: Counter-Current Two phase flow, Liquid Film Thichness, Entrainment Fraction, Interfacial Shear Stress