فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
سال نهم شماره 3 (پیاپی 32، پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/07/09
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علی معتضدیان، مصطفی امیدی بیدگلی* صفحات 1-21

    باتری های لیتیوم یون[1] به دلیل راندمان بالا، هزینه کم، ظرفیت بالا، کمبود اثر حافظه و عمر چرخه طولانی، به وسیله اصلی ذخیره سازی انرژی برای محصولات خورشیدی خارج از شبکه تبدیل شده اند. لیتیوم یون یک فناوری در حال تکامل است که اولین بار در اوایل دهه 1990 به بازار عرضه شد و کار تحقیق و توسعه برای بهبود ایمنی، افزایش عملکرد و افزایش طول عمر ادامه دارد. باتری های لیتیوم یون دارای ویژگی های بسیاری هستند که برای استفاده در برنامه های خارج از شبکه بسیار مناسب هستند. آنها عمر چرخه ای طولانی دارند و از سرعت تخلیه خود و اثر حافظه بالای باتری های نیکل کادمیوم  و نیکل فلز هیدرید رنج نمی برند. راندمان شارژ باتری های لیتیوم یون تا 99٪ است. سیستم های لیتیوم یونی باید به درستی طراحی شوند تا عملکرد خوبی داشته باشند و از خطرات ایمنی جدی که می تواند ناشی از سوء استفاده از سلول باتری و عملکرد نامناسب باشد جلوگیری شود. شارژ بیش از حد، گرم شدن بیش از حد، اتصال کوتاه یا آسیب رساندن به باتری لیتیوم یون شارژ شده می تواند منجر به آتش سوزی یا انفجار شود. طراحی و آزمایش مناسب می تواند از این خطرات جلوگیری کند و ایمنی، عملکرد بالا و عملکرد طولانی مدت محصولات خارج از شبکه را تضمین کند.

    کلیدواژگان: انتقال حرارت، انالیز حرارتی، باتری لیتیوم، صفحه سرد مینی کانال، مکانیک سیالات محاسباتی
  • مجید جعفری، احسان الله عصاره * صفحات 23-48

    در این پژوهش به ارزیابی ترمودینامیکی و تحلیل منطقه ای یک سیستم تولید همزمان جدید بر اساس ترکیبی از آب شیرین کن چند اثره و ذخیره ساز انرژی هوای فشرده پرداخته شد. سیستم مورد بررسی متشکل از زیرسیستم های هلیوستات، توربین گازی، آب شیرین کن چند اثره و سیستم ذخیره ساز انرژی با هوای فشرده است. جهت مدلسازی 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 مطالعه به بررسی 8 سناریوی مختلف، با در نظر گرفتن زمان شارژ، زمان دشارژ، تعداد ساعات آفتابی و تعداد افکت های آب شیرین کن مختلف، پرداخته شد و در نهایت بهترین سناریو برای مطالعه انتخاب شد. همچنین در انتهای مطالعه پارامتریک باید گفت که، بهترین سناریو، سناریوی شماره 5 که در آن 7 تا بود، انتخاب شد. چرا که در این سناریو، بهترین عملکرد سیستم، یعنی مقدار بازده اگزرژی رفت و برگشت (ERTE)، بازده رفت و برگشت (RTE)، میزان توان تولیدی سیستم و نرخ آب شیرین تولیدی سیستم در بیشترین نرخ خود بودند. طبق بررسی های به عمل آمده از پارامترهای تاثیر گذار بر روی خروجی های سیستم می توان از تعداد هلیوستات، بازده توربین و بازده کمپرسور نام برد. همچنین آنالیز اگزرژی سیستم نشان داد که بیشترین تخریب اگزرژی به ترتیب مربوط به واحد CAES و واحد خورشیدی است.

    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، سیستم تولید چندگانه انرژی، ذخیره ساز انرژی با هوای فشرده، بازده اگزرژی، نرخ هزینه
  • یوسف شمسایی، مجید عمیدپور*، حسنعلی ازگلی، سید علیرضا حاجی میرزاحسینی، امیرفرهنگ ستوده صفحات 49-62

    نیاز روز افزون به نیروی برق سبب احداث نیروگاه های حرارتی بی شماری در سراسر دنیا شده است. افزایش میزان دی اکسید کربن ورودی به اتمسفر و تشدید پدیده گلخانه ای از مهمترین مشکلات ایجاد نیروگاه های جدید می باشد. در این بین، جداسازی کربن با حذف و ذخیره سازی دی اکسید کربن خروجی نیروگاه ها نقش بسیار مهمی در کاهش پدیده گلخانه ای برعهده دارد. مشکل مهم و اساسی واحدهای جذب کربن عدم تولید محصول با ارزش اقتصادی بالا بوده و عملا کاهش بسیار قابل توجه ضریب بازگشت سرمایه، ایجاد آن را غیر اقتصادی می کند. با تعیین شرایط بهینه فرایندی و کاهش اتلاف اگزرژی می توان تاسیس این واحدها را تا حد قابل قبولی توجیه پذیر نمود. در این مقاله ابتدا واحد جذب کربن یکی از نیروگاه های کشور که توسط نویسنده شبیه سازی شده است، بررسی گردیده و سپس از دید اتلاف اگزرژی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت تا در نهایت با تعیین شرایط بهینه عملیاتی، یوتیلتی مصرفی واحد بدون تغییر در مقدار دی اکسید کربن جذب شده تا حد ممکن کاهش یابد. بر اساس مطالعات انجام شده مصرف یوتیلیتی و اتلاف اگزرژی واحد با دمای سیال ورودی به برج احیاء آمین رابطه مستقیم دارند. پس از انجام محاسبات و تعیین شرایط بهینه به نسبت حالت مرجع مشخص شد در محدوده متوسط بازیابی کربن، اتلاف اگزرژی تا حدود 15 درصد و مصرف یوتیلیتی تا 3 درصد کاهش پیدا می کند.

    کلیدواژگان: ارزیابی عملکرد، اگزرژی، کاهش یوتیلیتی، جذب کربن، نیروگاه گازی
  • حبیب شعیبی، مهدی مهرپویا*، احسان الله عصاره، محسن ایزدی، فتح الله پورفیاض صفحات 63-81

    در این مقاله، عملکرد ترمودینامیکی یک پمپ حرارتی دما بالا با کمک خورشیدی با کاربری گرم کردن آب، بررسی می شود. شبیه سازی و تحلیل جامع انرژی و اکسرژی بوسیله نرم افزار هایسیس و متلب انجام شد. این تحلیل ها باعث ایجاد برخی نتایج متقاعد کننده به دلیل استفاده از منابع انرژی سازگار با محیط زیست و محیط زیست می شوند. تجزیه وتحلیل ترمودینامیکی در سیستم های انرژی حرارتی به دلیل شناسایی تجهیزات پرمصرف و تعیین مکان و میزان ناکار آمدی تجهیزات سیستم اهمیت زیادی دارد مطابق نتایج انرژی سیستم، در میان تجهیزات سیستم پمپ P100 و مبدل حرارتی HX1 به ترتیب دارای کمترین و بیشترین مصرف انرژی به میزان 2.09 و 22669.11 کیلوات است. همچنین تجزیه وتحلیل اکسرژی نشان می دهد که بیشترین مقدار اکسرژی جریان ها با kW 367092 مربوط به جریان ورودی مخزن و بیشترین تخریب اکسرژی تجهیزات kW 15563 مربوط به کلکتور خورشیدی است. این تخریب اکسرژی برای کلکتور خورشیدی با تغییرات دمایی در طول سال با کم ترین تخریب در ماه جولای به میزان kW 14342 و بیشترین تخریب اکسرژی kW 15678 مربوط به ماه ژوین است. در میان تجهیزات دوار بیشترین تخریب اکسرژی مربوط به کمپرسورk101  سیکل انتقال گرمای آب می باشد.

    کلیدواژگان: انرژی تجدید پذیر، انرژی خورشیدی، کلکتور خورشیدی، آنالیز ترمودینامیکی، پمپ حرارتی دما بالا
  • مهرداد خادمی، علیرضا سرائی*، محمدحسن جلال الدین ابیانه صفحات 83-100

    مطالعه حاضر، به تحلیل انرژی طرحی جدید از سیستم تولید سه گانه سرمایش، گرمایش و توان خورشیدی جهت تامین انرژی یک مجتمع بیمارستانی می پردازد. سیستم پیشنهادی شامل کلکتور های متمرکزکننده نوع بازتاب دهنده فرنل خطی دارای جاذب فتوولتاییک حرارتی است که با استفاده از انرژی خورشیدی به تولید انرژی الکتریکی و حرارتی به ترتیب برای فروش به شبکه و تامین بخشی از انرژی سیکل های سرمایش و گرمایش می پردازد. سیستم پیشنهادی تامین سرمایش در این ساختار از نوع چیلر جذبی لیتیوم بروماید - آب تک اثره است. ساختار گرمایش پشتیبان گازسوز جهت رفع بخشی از نیازهای انرژی سیستم سرمایش و گرمایش که توسط سیکل خورشیدی مرتفع نمی شود مدنظر است. تحلیل سیستم تحت بار حرارتی مجتمع بیمارستانی در بازه سالانه انجام گرفته است. نتایج نشان دهنده تامین 30 درصدی انرژی سالانه سیستم توسط سیکل خورشیدی است. علاوه بر این ساختار پیشنهادی 7/77 مگاوات ساعت انرژی الکتریکی نیز تولید می نماید. سیستم مورد بررسی در گرم ترین روز موردمطالعه از ساعت 9 تا 15 تمام انرژی موردنیاز خود را از انرژی خورشیدی تامین می نماید. کلکتور پیشنهادی نسبت به کلکتور فتوولتاییک حرارتی فاقد متمرکزکننده و کلکتور متمرکزکننده حرارتی عملکرد مناسب تری دارد.

    کلیدواژگان: کلکتور فتوولتائیک حرارتی، متمرکزکننده، تولید سه گانه، تهویه مطبوع، سیستم انرژی، چیلر جذبی لیتیوم بروماید آب
  • نادیا خرم شاهی بیات، عباس تقی پور* صفحات 101-114

    هدف از این پژوهش، بررسی تجربی نقش نانو ذرات اکسید مس در بهبود خواص تریبولوژیکی روان کار می باشد. این پژوهش شامل سه مرحله است. در مرحله اول نانو ذرات اکسید مس با درصدهای وزنی 1/0، 2/0 و 5/0 به عنوان افزودنی به روغن بهران سوپر توربو دیزل SAE 15W-40 اضافه شد. برای پراکنده کردن نانو ذرات در روان کار از حمام التروسونیک و همچنین برای پایداری سیال و جلوگیری از ته نشینی نانو ذرات جامد از سورفکتانت span80 استفاده گردید. در مرحله دوم آزمون های تجربی، شامل آزمون سایش با استفاده از دستگاه آزمون سایش پین روی دیسک و آزمون رسانایی گرمایی انجام گرفت. در مرحله سوم نیز نتایج حاصل تحلیل و عملکرد مخلوط های نانو سیال با سیال پایه مقایسه گردید. نتایج این پژوهش کاهش مقادیر ضریب اصطکاک، کاهش میزان سایش و افزایش رسانایی گرمایی مخلوط های نانو روان کار در مقایسه با سیال پایه را نشان داد. بر اساس نتایج، کم ترین ضریب اصطکاک، کم ترین میزان سایش و بیشترین ضریب رسانایی گرمایی مربوط به مخلوط نانو روان کار حاوی 5/0 درصد وزنی نانو ذرات اکسید مس می باشد. میزان کاهش ضریب اصطکاک این مخلوط نانو روان کار در مقایسه با روغن پایه %1/37، میزان کاهش سایش %3/58 و میزان افزایش رسانایی گرمایی در مقایسه با روغن پایه %84/3 بود. نتایج گویای نقش مثبت نانو ذرات اکسید مس به عنوان افزودنی در بهبود خواص تریبولوژیکی روان کار می باشد.

    کلیدواژگان: نانو ذرات اکسید مس، رسانایی گرمایی، ضریب اصطکاک، سایش، روانکار
|
  • Ali Motazedian, Mostafa Omidi Bidgoli* Pages 1-21

    Lithium-ion batteries have become the mainstay of energy storage for off-grid solar products due to their high efficiency, low cost, high capacity, lack of memory effect and long cycle life. Lithium ion is an evolving technology that was first introduced to the market in the early 1990s, and research and development work continues to improve safety, performance, and longevity. Lithium-ion batteries have many features that are well-suited for use in off-grid applications. They have a long cycle life and do not suffer from their discharge speed and high memory effect of nickel cadmium and nickel metal hydride batteries. The charging efficiency of lithium ion batteries is up to 99%. Lithium-ion systems must be properly designed to perform well and avoid the serious safety hazards that can result from battery cell misuse and malfunction. Overcharging, overheating, short circuit, or damage to a charged lithium-ion battery can result in fire or explosion. Proper design and testing can prevent these hazards and ensure the safety, high performance and long-term performance of off-grid products.

    Keywords: heat transfer, thermal analysis, lithium battery, mini channel cold plate, CFD
  • Majid Jafari, Ehsanolah Assareh * Pages 23-48

    In this study, thermodynamic evaluation and regional analysis of a new cogeneration system based on a combination of multi-effect desalination and compressed air energy storage were performed. The study system consists of heliostat subsystems, gas turbine, multi-effect desalination plant and compressed air energy storage system. 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, 8 different scenarios were studied, taking into account the charging time, discharge time, number of sunny hours and the number of different desalination effects, and finally the best scenario was selected for the study. Also, at the end of the parametric study, it should be said that the best scenario, scenario number 5, in which there were 7, was selected. Because in this scenario, the best performance of the system, ie the amount of reciprocal exergy efficiency (ERTE), reciprocal efficiency (RTE), the amount of system power and the rate of fresh water produced by the system were at their highest rate. According to the studies performed on the parameters affecting the system outputs, the number of heliostat, turbine efficiency and compressor efficiency can be mentioned. Also, the exergy analysis of the system showed that the most exergy degradation was related to the CAES unit and the solar unit, respectively.

    Keywords: Solar energy, multiple energy generation system, compressed air energy storage, exergy efficiency, cost rate
  • Yousef Shamsaei, Majid Amidpour*, Hassan Ali Ozgoli, Seyed Alireza Haji Mirza Hoseini, Amir Farhang Setoodeh Pages 49-62

    The increasing need for electricity has led to the construction of countless thermal power plants around the world. Increasing the amount of carbon dioxide entering the atmosphere and intensifying the greenhouse phenomenon is one of the most important problems of creating new power plants. In the meantime, carbon capturing and storage which removes and stores carbon dioxide output from power plants plays a very important role in reducing the greenhouse effect. The main and fundamental problem of carbon absorption units is the lack of production of a product with high economic value, and practically, a very significant reduction in the return on investment ratio makes it uneconomical. By determining optimal process conditions and reducing exergy loss, the establishment of these units can be justified to an acceptable extent. In this article, the carbon captur unit of one of the country's power plants is simulated first and then analyzed from exergy loss point of view, and finally, by determining the optimal operating conditions, the unit's utility consumption reduced as much as possible. According to the conducted studies, the utility consumption and exergy loss of the unit are directly related to the temperature of the fluid entering the amine recovery tower. After performing the calculations and determining the optimal conditions compared to the reference state, it was found that in the medium range of carbon recovery, exergy loss is reduced to about 15% and utility consumption is reduced to 3%.

    Keywords: Performance Analysis, Exergy, utility reduction, carbon capture, gas-fired power plant
  • Habib Shoeibi, Mehdi Mehrpuya*, Ehsanolah Assareh, Mohsen Izadi, Fathollah Pourfayaz Pages 63-81

    In this paper, the thermodynamic performance of a solar assisted high temperature heat pump with water heating application is investigated. The comprehensive simulation and analysis of energy and exergy was done by Haysis and MATLAB software. This analyzes produce some convincing results due to the use of environmentally friendly and environmentally friendly energy sources. Thermodynamic analysis in thermal energy systems is very important due to the identification of high-consumption equipment and determining the location and level of inefficiency of the system equipment. According to the results of the system energy, among the equipment of the P100 pump system and the HX1 heat exchanger, it has the lowest and the highest energy consumption, respectively. 2.09 and 22669.11 kW. Also, the exergy analysis shows that the highest amount of exergy of currents with 367092 kW is related to the input flow of the tank and the highest exergy destruction of the equipment is 15563 kW related to the solar collector. This exergy destruction of the solar collector with temperature changes throughout the year with the lowest destruction in July at the rate of 14342 kW and the highest exergy destruction of 15678 kW relates to the month of June. Among the rotating equipment, the most exergy destruction is related to the k101 compressor of the water heat transfer cycle.

    Keywords: solar energy, Solar energy, solar collector, Thermodynamic analysis, high temperature heat pump
  • Mehrdad Khademi, Alireza Saraei*, Mohammadhassan Jalalodin Abyaneh Pages 83-100

    The present study conducts an energy evaluation of a new solar tri-generation design for cooling, heating, and power generation of a hospital complex. The proposed system contains linear Fresnel concentrating collectors and photovoltaic thermal absorbers, which use solar energy to produce electrical and thermal energy for sale and partially provide the energy for cooling and heating cycles. The proposed cooling system in this structure is a single effect LiBr-H2O absorption chiller. For the cases of cooling and heating systems, energy demand is more than solar energy production; gas fire backup heaters are intended. The annual system performance under the air conditioning load of the hospital complex is presented. The results show that the solar cycle provides 30% of the system's annual energy supply. In addition, the proposed structure also generates 77.7 MWh of electrical energy. The understudy system provides all its required energy from solar energy on the hottest day of the study from 9 to 15. The proposed collector has a better performance than photovoltaic thermal and concentrating Thermal collectors.

    Keywords: Concentrating Photovoltaic Thermal Collector, Tri-generation, Air Conditioning, Energy system, LiBr, H2O Absorption Chiller
  • Nadia Khorramshahi Bayat, Abbas Taghipoor* Pages 101-114

    The purpose of this research is to experimentally investigate the role of copper oxide nanoparticles in improving the tribological properties of the lubricant. This research consists of three stages. In the first stage, copper oxide nanoparticles with weight percentages of 0.1, 0.2 and 0.5 were added as an additive to Behran Super Turbo Diesel SAE 15W-40 oil. An ultrasonic bath was used to disperse the nanoparticles in the fluid, and span80 surfactant was used to stabilize the fluid and prevent solid nanoparticles from settling. In the second stage of the experimental tests, including the wear test using the pin-on-disk wear test device and the thermal conductivity test, were performed. In the third stage, the results of the analysis and the performance of the nano-fluid blends were compared with the base fluid. The results of this research showed a decrease in friction coefficient values, a decrease in wear rate and an increase in thermal conductivity of nano-lubricant blends compared to the base fluid. Based on the results, the lowest coefficient of friction, the lowest amount of wear and the highest coefficient of thermal conductivity are related to the nano-lubricant mixture containing 0.5% by weight of copper oxide nanoparticles. The friction coefficient reduction rate of this nano-lubricant mixture was 37.1% compared to the base oil, the wear reduction rate was 58.3% and the thermal conductivity increase rate was 3.84% compared to the base oil. The results show the positive role of copper oxide nanoparticles as an additive in improving the tribological properties of the working fluid.

    Keywords: copper oxide nanoparticles, thermal conductivity, friction coefficient, wear, lubricant