فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
سال هشتم شماره 4 (پیاپی 29، زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/09/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • پیمان لشگری*، محسن گودرزی صفحات 1-10

    در تحلیل ترمودینامیکی موتورهای احتراق داخلی، ضرایب گرمایی ویژه مقادیر ثابتی درنظر گرفته می شود که با توجه به اینکه این ضرایب در محدوده دمایی کارکرد موتورها تابعی از دما می باشد، ثابت درنظر گرفتن این ضرایب سبب بروز خطاء در نتایج می گردد. در این مقاله، تحلیل ترمودینامیکی سیکل استاندارد اتو در سه حالت مختلف با ضرایب گرمایی ویژه ثابت، ضرایب گرمایی ویژه به صورت تابع خطی دما و ضرایب گرمایی ویژه به صورت تابع چند جمله ای از دما به کمک روش های عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. مشاهده گردید که کار مخصوص خروجی و راندمان حرارتی حاصل از تحلیل سیکل اتو با درنظر گرفتن ضرایب گرمایی ویژه ثابت اختلاف زیادی با نتایج حاصل از دو حالت ضرایب گرمایی ویژه متغیر داشته و نتایج بدست آمده از دو ضریب گرمایی ویژه خطی و چند جمله ای به هم نزدیک بوده و در بسیاری از موارد با هم انطباق زیادی دارند. لذا با توجه به نتایج حاصل، بررسی زمان محاسباتی و حافظه کامپیوتری مورد نیاز برای هر سه حالت از ضرایب گرمایی، ضرایب گرمایی ویژه متغیر خطی بهترین نتایج را با کمترین حافظه و زمان محاسباتی مورد نیاز شامل گردیده که بایستی در تحلیل های کاربردی سیکل استاندارد اتو در نظر گرفته شود.

    کلیدواژگان: سیکل استاندارد اتو، ضرایب گرمائی ویژه، تحلیل ترمودینامیکی، راندمان حرارتی
  • سهراب شکوفه بهار، سید علی آقا میرجلیلی*، امیرجواد احرار صفحات 11-25

    مبدل حرارتی فشرده لوله ای فین دار برای انتقال گرما از سیالی که داخل لوله جریان دارد به هوای بیرون مورد استفاده قرار می گیرد. در این تحقیق، تولید آنتروپی و عدد رینولدز بهینه برای مبدل حرارتی فشرده لوله ای فین دار بر اساس تولید آنتروپی کمینه بررسی شده است. تولید آنتروپی کل برای مبدل حرارتی فشرده لوله ای فین دار که مجموع تولید آنتروپی سیال جاری داخل لوله ها و تولید آنتروپی سیال هوای بیرون است، با توجه به تغییرات عدد رینولدز سیال جاری داخل لوله ها، دارای یک مقدار کمینه است. بر اساس تحلیل ترمودینامیکی و بررسی پارامترهایی که در تولید آنتروپی تاثیرگذار هستند، یک عبارت برای عدد رینولدز بهینه پیشنهاد می شود که عبارت مورد نظر تابعی از خصوصیات ترمودینامیکی سیال جاری داخل لوله ها، خصوصیات ترمودینامیکی سیال هوای بیرون از لوله ها، تاثیر تغییرات دمای محیط، دمای ورودی سیال خنک شونده و همچنین ابعاد هندسی مبدل حرارتی مورد نظر است. با توجه به بهینه سازی انجام شده، اطلاعات موثری برای طراحی مبدل حرارتی فشرده لوله ای فین دار به دست می آید. بنابراین در شرایط عملی با استفاده از عدد رینولدز بهینه، سیستم دارای کمترین بازگشت ناپذیری و در نتیجه بهترین اگزرژی قابل دسترس خواهد بود. در نهایت رابطه ای برای محاسبه عدد رینولدز بهینه پیشنهاد گردید که می تواند با حداکثر خطای 6/0 % مقدار رینولدز بهینه را محاسبه نماید.

    کلیدواژگان: مبدل حرارتی فشرده، تولید آنتروپی، بازگشت ناپذیری
  • علیرضا اسپرهم*، الهام ابراهیمی صفحات 27-44

    سیستم های انرژی باوجود نقش کلیدی و تنوع گوناگون خود، اثرات جدی بر سلامتی انسان، زیست بوم ها و منابع طبیعی دارند؛ بنابراین، در دو دهه اخیر، تمرکز بیش از 1000 مطالعه LCA بر سیستم های انرژی، با هدف تعیین و کاهش این اثرات بوده است. این مقاله  به بررسی کاربردهای LCA در سیستم های انرژی تولید برق و حرارت ،جهت تعیین نقاط حساس (HOT SPOT) محیط زیستی می پردازد، و نیز اطلاعات مختصر و مهمی را درباره 1) روش شناسی، شامل تعریف اهداف و دامنه مطالعات، پوشش چرخه عمر سیستم و اثرات محیطی زیست ؛2) یافته های اصلی این مطالعات، مخصوصا با هدف تعیین  هات اسپات های محیط زیستی و الگوهای اثر در منابع مختلف انرژی، ارایه  می دهد. در این مقاله تلاش براین شده است که ، پیشنهاد ات و دستورالعمل هایی در زمینه LCA درباره جنبه های اصلی روش شناسی به منظورهدایت صحیح مطالعات LCA درباره سیستم های انرژی و قابل اطمینان بودن نتایج LCA ، بررسی گردد.

    کلیدواژگان: ارزیابی چرخه عمر(LCA)، سیستم های تامین انرژی، انرژی های تجدیدپذیر، فناوری های انرژی، نیروگاه ها، انتشار گازهای گلخانه ای (CHG)
  • سعید برفر، اشکان غفوری*، فاطمه بهبهانی صفحات 45-55

    با توجه به کاربرد تجهیزات تبادل گرمایی مانند مبدلها در صنایع مختلف، بهبود انتقال حرارت در این تجهیزات اهمیت بسیاری دارد. روش های مختلفی برای بهبود انتقال حرارت به کار میرود.  در این مقاله اثر نانو سیال و موانع چهارگانه از نوع نوار پیچشی بر روی ضریب انتقال حرارت به صورت عددی با نرم افزار انسیس فلوینت بررسی شده است. نانو سیال استفاده شده، به عنوان یک سیال همگن در نظر گرفته شده است و اثر افزایش نانو ذره به صورت اثر بر روی خواص ترموفیزیکی نانو سیال اعمال شده است. ضریب انتقال حرارت برای آب خالص و نانوسیال و مانعها در حالتهای مختلف بدست آورده شد و مقدار بهبود انتقال حرارت بدست آمد. جریان درون لوله آشفته بود و عدد رینولدز در محدوده 5600 تا 12000 در نظر گرفته شد. شبیهسازی برای حالت لوله ساده با آب خالص، لوله ساده همراه با نانوسیال با کسر حجمی 5/0 درصد، لوله با مانع با عرضهای 3، 4 و 5 میلیمتر همراه با نانوسیال با کسر حجمی 5/0 درصد انجام شد. نتایج بدست آمده نشان داد که با وارد کردن نانوذره ضریب انتقال حرارت به میزان %87/52 افزایش یافت. همچنین یافته ها نشان میدهند که در پهنای 4 میلیمتری نوارهای پیچشی بیشترین مقدار عدد ناسلت بدست آمد. در این حالت افزایش عدد ناسلت نسبت به حالت بدون مانع در رینولدز 12000 به میزان% 58/64 افزایش یافت. مقدار ضریب اصطکاک برای مشخص کردن افت فشار بررسی شد. در پهنای 3میلیمتری مانع، بیشترین مقدار ضریب اصطکاک بدست آمد. در این حالت ضریب اصطکاک نسبت به حالت بدون مانع %26/14 افزایش یافت.

    کلیدواژگان: بهبود انتقال حرارت، نانوسیال، مانع، نوار پیچشی
  • علی جهان*، محمدحسن صالحیان صفحات 57-67

    این تحقیق با هدف شناسایی ریسکهای هدر رفت گاز بصورت موردی در شهرستان مهدیشهر در جهت کمک به مدیران سازمان برای تصمیم گیری مناسب در جهت کاهش گاز هدر رفت انجام گرفت. نمونه آماری تحقیق ده نفر از مدیران، کارشناسان شرکت گاز استان سمنان میباشند. برای تحلیل اطلاعات جمع آوری شده به ترتیب از روش تحلیل تم، تحلیل FMEA حاصلضرب سه عدد فازی مثلثی و تحلیل سلسله مراتبی فازی بهره گرفته شد. نتایج نشان داد نه دسته از ریسکهای موجود هدررفت گاز شهری منطقه مورد مطالعه، موثرترین عوامل ایجاد این ریسکها میباشند و برای رفع آنها باید مجموعه ای از اقدامات اصلاحی شامل کاهش عملیات پرچگیری، نصب شیر دوم در مسیر کلکتورخروجی خط  تخلیه شیر های  بعد از فیلترها و بستن شیر دوم تخلیه موجود در مسیر کلکتورخروجی فیلترها در ایستگاه های دارای این شیر دوم  و نصب یک محل نمونه برداری میزان نشت در مسیر  لوله تخلیه فیلترها وکنترل میزان نشتی مدنظر قرار گیرند. روش پیشنهادی همراه با نتایج این تحقیق می تواند به سایر شرکتهای گاز شهرستانی و استانی برای کاهش ریسکها و هدر رفت گاز طبیعی تعمیم یابد.

    کلیدواژگان: ریسک، اقدامات اصلاحی، هدرفت گاز شهری، FMEA فازی، AHP فازی
  • علی ارشادی*، ایمان جعفری صفحات 69-82

    در این مقاله تحلیل تجربی راندمان های انرژی و اگزرژی یک آب شیرین کن خورشیدی در دو حالت بکارگیری متمرکز کننده و بدون متمرکزکننده ارایه شده است. متمرکزکننده با هدف افزایش تولید آب شیرین در تجهیز آب شیرین کن بکارگرفته شده است. چراکه تولید آب شیرین در این تجهیزات با توجه به کند بودن فرآیند تقطیر به آرامی صورت می گیرد. بنابراین به منظور ارزیابی تاثیر متمرکزکننده بر تولید آب شیرین، تجهیزی با قابلیت جداسازی متمرکزکننده طراحی و ساخته شده است.  در بررسی تجربی جرم آب شیرین تولیدی به صورت ساعتی اندازه گیری شده است و با در اختیار داشتن پارامترهای محیطی، دو حالت فوق الذکر از منظر راندمان های انرژی و اگزرژی مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد که میزان آب شیرین تولیدی در حالت استفاده از متمرکزکننده حدود 40 درصد نسبت به حالت بدون متمرکزکننده، افزایش می یابد. همچنین تحلیل انرژی و اگزرژی آب شیرین کن در هر دو حالت حاکی از افزایش راندمان تجهیز خورشیدی همراه با متمرکزکننده است به گونه ایکه نتایج تحلیل راندمان انرژی، 30 درصد و تحلیل راندمان اگزرژی نیز 19/15 درصد افزایش را در حالت استفاده از متمرکزکننده نسبت به حالت بدون متمرکزکننده نشان می دهند.

    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، آب شیرین کن خورشیدی، اگزرژی، متمرکزکننده
|
  • Peyman Lashgari*, Mohsen Goodarzi Pages 1-10

    In thermodynamic analysis of internal combustion engine, the specific heats of working fluid is considered to be constant. Due to specific heats are functions of operation temperature of cycle, this consideration cause to several errors in the thermal analysis. In this paper, standard Otto cycle with three various types of specific heats ratios has been analyzed numerically and effect of these ratios on the thermal performance of cycle such as specific output work and thermal efficiency has been studied and results has been investigated. For three types of specific heats ratio, these ratios are considered constant, linear function of operation temperature of cycle and polynomial function of cycle temperature. Results showed that both linear and polynomial specific heats ratios gave approximately same results such as specific output work and thermal efficiency and there are difference between thermal result of both linear and polynomial type with constant ratio. Also CPU time consumption and required memory usage for analyzing these here type had been evaluated . all results mentioned that linear specific heats ratio should be considered for the design of practical Otto cycle.

    Keywords: Standard Atkinson Cycle, Specific Heats Ratio, Thermodynamic Analysis, Thermal Efficiency
  • Sohrab Shekoofehbahar, Seyed Aliagha Mirjalili*, Amir Javad Ahrar Pages 11-25

    A compact fin-tube heat exchanger is used to transfer current fluid heat inside the tubes into the air outside. In this study, entropy production and optimized Reynolds number for finned-tube heat exchangers based on the minimum entropy production have been investigated. As a result, the total entropy of compact heat exchangers, which is the summation of the production rate of fluid entropy inside the tube, and the entropy production rate of fluid in the air, is minimum due to the changes in the Reynolds number of the fluid inside the tubes. Based on thermodynamic analysis and study of parameters affecting the entropy production, one expression is proposed for the optimal Reynolds number. The expression is a function of the thermodynamic properties of the fluid in the pipe, fluid thermodynamic properties of air, the effects of ambient temperature, input temperature of the cooling fluid, and geometrical dimensions of the heat exchanger. According to this optimization, effective information for the design of a compact finned-tube heat exchanger would be obtained. Therefore, in practical conditions, using optimal Reynolds number, the system has the lowest irreversibility, and as a result, the best exergy will be accessible. Finally, an empirical correlation is proposed for the optimum Re number that can predict Reopt with less than 0.6 % error.

    Keywords: Compact heat exchanger, Entropy generation, Irreversibility
  • Alireza Esparham*, Elham Ebrahimi Pages 27-44

    Energy systems, despite their key roles and diversity, have serious implications for human health, ecosystems, and natural resources; Thus, in the last two decades, the focus of more than 1,000 LCA studies on energy systems has been to determine and mitigate these effects. This paper examines the applications of LCA in energy and heat generation energy systems to determine environmental hotspots, as well as brief and important information about 1) methodology, including defining the objectives and scope of studies, covering the system life cycle, and Environmental Impacts; 2) The main findings of these studies, especially with the aim of determining environmental hotspots and patterns of effects in different energy sources, are presented. In this article, an attempt has been made to review the recommendations and guidelines in the field of LCA on the main aspects of the methodology in order to properly guide LCA studies on energy systems and the reliability of LCA results.

    Keywords: Life Cycle Assessment (LCA), Energy Supply Systems, Renewable Energy, Energy Technologies, Power Plants, Greenhouse Gas Emissions (CHG)
  • Saeed Barfar, Ashkan Ghafouri*, Fatemeh Behbahani Pages 45-55

    Due to the application of heat exchange equipment such as converters in various industries, improving heat transfer in this equipment is very important. Various methods are used to improve heat transfer. In this paper, the effect of nanofluid and quadruple barrier type barrier on heat transfer coefficient has been investigated numerically with Ansis Fluent software. The nanofluidused is considered as a homogeneous fluid and the effect of increasing the nanoparticle is applied as an effect on the properties of the nanofluid. The heat transfer coefficient for pure and nanofluid water and barriers in different states was obtained and the amount of heat transfer improvement was obtained. The flow inside the pipe was turbulent and The Reynolds number was considered in the range of 5600 to 12000. Simulation for simple tube mode with pure water, simple tube with nanofluid with volume fraction of 0.5%, tube with barrier with 3, 4 and 5 mm offerings with nanofluid with volume fraction of 0.5% The results showed that with the introduction of nanoparticles, the heat transfer coefficient increased by 52.87%. It also showed that the highest value of Nusseltnumber was obtained in 4 mm width of torsional strips. In this case, the increase in Nusselt number compared to the unobstructed mode in Reynolds 12000 increased by 64.58%. The value of the coefficient of friction was evaluated to determine the pressure drop. At the 3 mm width of the barrier, the maximum coefficient of friction was obtained. In this case, the coefficient of friction increased by 14.26% compared to the unobstructed mode.

    Keywords: heat transfer enhancement, nanofluid, insert, twisted tape
  • Ali Jahan*, Mohammadhasan Salehian Pages 57-67

    The aim of this study was to provide a new model for identifying the sources and sources of waste gas in Mahdishahr city gas department and to define corrective measures and prioritize measures to help managers to make appropriate decisions to reduce waste gas. The research method is descriptive-analytical in terms of nature and is applied in terms of purpose. The statistical sample of the research is 10 managers, experts of Semnan Gas Company. Interview tools were used to collect field data. To analyze the collected data, thematic analysis method, FMEA analysis of triple fuzzy number and fuzzy hierarchical analysis were used, respectively. The results showed that 9 of the existing risks of urban gas loss in the study area are the most effective factors in creating these risks. To fix them, a set of corrective measures should be taken, including reducing flagship operations that wear out the ball valve, installing a second valve on the outlet collector valve after the filters, and sending a second discharge valve on the filter collector outlet at stations with this second valve and installing a sample location. Leakage should be considered in the way of filter drain pipe and leakage control. Therefore, paying attention to these results of provincial and city gas companies as an important and defined strategy can be used to identify waste points and define corrective measures for all cases and take care to eliminate them and ensure sufficient effectiveness and adequate measures.

    Keywords: Risk, Corrective Actions, Urban Gas Loss, Fuzzy FMEA, Fuzzy AHP
  • Ali Ershadi*, Iman Jafari Pages 69-82

    In this study, experimental energy and exergy efficiency analysis of a solar desalination have been presented in two cases; with concentrator and without concentrator. Solar concentrator was used to increase production of clean water. Because production rate of clean water is slow in solar desalination devices. Hence, a solar device with ability of adding concentrator was designed and performed.   In experimental investigations, amount of produced water has been measured in periods of one hour and by using ambient parameters, these two cases have been compared each other. Results show that the amount of produced water increases about 40% in case of with concentrator rather than without concentrator. Also, energy and exergy analysis of solar desalination display rising of efficiencies in case of with concentrator, as energy and exergy efficiencies grows up to 30% and 15.19%, respectively.

    Keywords: solar Energy, solar desalination, exergy, concentrator