فهرست مطالب
نشریه مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
سال هفتم شماره 4 (پیاپی 25، زمستان 1399)
- تاریخ انتشار: 1399/11/13
- تعداد عناوین: 6
-
صفحات 1-21
در نیروگاه های گازی انرژی زیادی به صورت حرارت بیش از انرژی الکتریکی تولیدی اتلاف می گردد. در این پژوهش تلاش بر این است علاوه بر توان تولیدی توسط توربین گاز پالایشگاه NGL جزیره سیری ایران از سیکل رانکین ارگانیک برای بازیابی حرارت اتلافی توربین گاز جهت تولید توان مجدد استفاده شود. در واقع انتخاب تکنولوژی مناسب برای سیستم ترکیبی تولید همزمان توان، آب شیرین و سرمایش بر اساس آنالیز انرژی و اقتصادی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان دادند که برای تولید آب شیرین با ظرفیت بالا از سیستم MED[1] با قیمت آب شیرین تقریبا 1 دلار به ازای هر مترمکعب باید استفاده کرد و برای دستیابی به قیمت آب شیرین مناسب سیستم [2]RO با اولویت استفاده از برق سیکل [3]ORC و سپس GT[4] پیشنهاد می شود. بر اساس قیمت فروش برق محاسبه شده، فروش برق توربین گاز تقریبا برابر 1/0 دلار به ازای هر کیلووات ساعت می باشد و نتایج نشان داد که هزینه ی تولید برق در ORC تقریبا نصف هزینه های برق توربین گاز می باشد. در خصوص سیستم های سرمایشی نیز نتایج نشان دادند که سیستم جذبی دارای هزینه اولیه کمتر و تولید بار سرمایشی بیشتری نسبت به سیستم تراکمی می باشد و در صورت نیاز تنها برای دستیابی به دماهای خیلی پایین می توان از سیستم سرمایشی تراکمی استفاده نمود.
کلیدواژگان: توربین گاز، سیکل ارگانیک رانکین، آب شیرین کن، سرمایش، آنالیز اقتصادی -
صفحات 22-36
در پژوهش حاضر به بررسی یک سیستم تولید انرژی با استفاده از دو نوع انرژی تجدپذیر خورشیدی و بادی با شرایط اقلیمی و نزدیک به مناطقی با پتانسیل بالا برای سیستم مورد بررسی، دارای شرایط مناسب از نظر سرعت باد و تابش خورشیدی به عنوان منابع تامین انرژی، اقدام کردیم. برای استفاده از حرارت حاصل از سیستم خورشیدی با کلکتور سهموی - خطی یک سیکل بخار طراحی شده که حرارت از طریق اواپراتور به آن منتقل شده و توسط توربین بخار انرژی الکتریکی تولید می کند. از حرارت باقی مانده بعد از اواپراتور برای ژنراتور یک سیستم تبرید جذبی تک اثره برای تولید بار سرمایی استفاده شد. اجزا اصلی سیستم متشکل از یک سیکل ارگانیک رانکین، سیکل رانکین بخار، ترموالکتریک، سیستم تبرید جذبی، اسمز معکوس، توربین بادی و یک کلکتور خورشیدی سهموی- خطی است. برای مدلسازی سیستم و به دست آوردن نتایج ترمودینامیکی از نرم افزار EES به عنوان یک ابزار مهندسی بهره برده شده است. نتایج پژوهش نشان داد که با توجه به افزایش شدت تابش خورشید ی و انرژی بادی بر روی میزان اگزرژی کل ، کار خروجی تولید آب شیرین سیستم تولید چند گانه موثر بوده و باعث افزایش خروجی های سیستم می گردد. طبق نتایج انرژی خورشیدی با دریافت کننده مرکزی بیشترین میزان تلفات اگزرژی دارد. همچنین نتایج تلفات اگزرژی نشان داد سیستم خورشیدی با 60 درصد و توربین بادی با 17 درصد بیشترین میزان تلفات اگزرژی را در اجزا سیستم دارا می باشند.
کلیدواژگان: سیستم خورشیدی، سیکل بخار، سیکل تبرید جذبی، آب شیرین کن اسمز معکوس، توربین بادی -
صفحات 37-52
در این مقاله پژوهشی، در راستای بهبود عملکرد سیستم های اجکتوری و با هدف اعتبار سنجی و تحلیل ترمودینامیکی استفاده از سیکل تبرید چند اجکتوری درکولر خودرو با استفاده از گرمای محصولات احتراق انجام شده است. به این منظور یکی از انواع سیکل های ترکیبی اجکتوری به کمک روش عددی جریان درون یک سیکل تبرید بررسی می شود و نقش پارامترهای عملیاتی، سیال عامل و قطر گلوگاه محفظه اختلاط مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که استفاده از سیکل اجکتوری چند مرحله ای با افزایش 10% تا 15% ضریب عملکرد، نسبت به سیکل ساده اجکتوری، همراه است. نتایج حاکی از آن است که سیال R12 دارای بیشترین ضریب عملکرد COP است اما اثرات مخرب زیادی بر روی لایه ازون دارد و بهتر است از مبرد های دیگر استفاده شود. در مجموع به نظر می رسد با توجه به هزینه ی پایین برای نگهداری سیکل تبرید اجکتوری دو مرحله ای، افزایش ضریب عملکرد آن و استفاده از منابع اتلافی حرارتی، این سیکل جایگزین بسیار مناسبی برای سایر سیکل ها در موارد استفاده مختلف است. با توجه به استفاده از دو اجکتور به جای کمپرسور و استفاده از اتلاف حرارتی خودرو به عنوان انرژی مورد نیاز برای راه اندازی سیکل می توان تا 35 درصد در مصرف انرژی صرفه جویی نمود چرا که بخش اعظم انرژی در سیکل های برودتی توسط کمپرسور مصرف می شود. با توجه به ابعاد اجکتورهای موجود در این سیکل به لحاظ ایجاد فضای مناسب برای تعبیه آن در داخل محفظه کاپوت ماشین مشکل خاصی وجود ندارد و می توان از آنها به صورت انبوه و فراگیر در صنعت خودرو برای ایجاد سرمایش استفاده نمود.در این مقاله پژوهشی، در راستای بهبود عملکرد سیستم های اجکتوری و با هدف اعتبار سنجی و تحلیل ترمودینامیکی استفاده از سیکل تبرید چند اجکتوری درکولر خودرو با استفاده از گرمای محصولات احتراق انجام شده است. به این منظور یکی از انواع سیکل های ترکیبی اجکتوری به کمک روش عددی جریان درون یک سیکل تبرید بررسی می شود و نقش پارامترهای عملیاتی، سیال عامل و قطر گلوگاه محفظه اختلاط مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که استفاده از سیکل اجکتوری چند مرحله ای با افزایش 10% تا 15% ضریب عملکرد، نسبت به سیکل ساده اجکتوری، همراه است. نتایج حاکی از آن است که سیال R12 دارای بیشترین ضریب عملکرد COP است اما اثرات مخرب زیادی بر روی لایه ازون دارد و بهتر است از مبرد های دیگر استفاده شود. در مجموع به نظر می رسد با توجه به هزینه ی پایین برای نگهداری سیکل تبرید اجکتوری دو مرحله ای، افزایش ضریب عملکرد آن و استفاده از منابع اتلافی حرارتی، این سیکل جایگزین بسیار مناسبی برای سایر سیکل ها در موارد استفاده مختلف است. با توجه به استفاده از دو اجکتور به جای کمپرسور و استفاده از اتلاف حرارتی خودرو به عنوان انرژی مورد نیاز برای راه اندازی سیکل می توان تا 35 درصد در مصرف انرژی صرفه جویی نمود چرا که بخش اعظم انرژی در سیکل های برودتی توسط کمپرسور مصرف می شود. با توجه به ابعاد اجکتورهای موجود در این سیکل به لحاظ ایجاد فضای مناسب برای تعبیه آن در داخل محفظه کاپوت ماشین مشکل خاصی وجود ندارد و می توان از آنها به صورت انبوه و فراگیر در صنعت خودرو برای ایجاد سرمایش استفاده نمود.
کلیدواژگان: تحلیل ترمودینامیکی، سیکل تبرید چند اجکتوری، محصولات احتراق و کولر خودرو -
صفحات 53-63
جریان پایا روی بال مثلثی با زاویه پس گرای 65 و 75درجه، با سطح مقطع تخت و لبه حمله ای که کاملا تیز نیست، در زوایای حمله مختلف و رژیم های صوتی متفاوت، به صورت عددی تحلیل شده است. الگوی جریان روی سطح بالایی بال، براساس زاویه حمله عمود، و عدد ماخ عمود بر لبه حمله، ، به شش نوع طبقه بندی می شود. ضرایب آیرودینامیکی بال برای کلیه موارد محاسبه شده و نمودار ها و الگوی جریان برحسب تغییرات زاویه حمله و عدد ماخ رسم شده اند. ضرایب محاسبه شده با موارد منتشر شده از مطالعات معتبر پیشین مقایسه شده و تغییرات مشاهده شده برحسب اعداد ماخ و زوایای حمله مورد بحث قرار گرفته اند. نتایج بیان گر آن است که با افزایش عدد ماخ، ضرایب برآ و پسا کاهش می یابند. کانتورهای فشار نمایان گر کاهش فشار سطح بالایی و افزایش فشار سطح پایینی در اثر افزایش زاویه حمله است. بخش زیادی از کاهش فشار به علت وجود گردابه های لبه حمله روی سطح بال است که در اعداد ماخ بیش از 2/1 سرعت جریان در لبه حمله بال مافوق صوت شده و امواج انبساطی منتشر شده از لبه حمله به جریان شتاب می دهد. با افزایش زاویه حمله، قدرت موج ضربه روی بال افزایش یافته و موجب افزایش ضرایب برآ و پسا می شود.
کلیدواژگان: بال مثلثی، زاویه حمله، عدد ماخ، انفجار گردابه -
صفحات 64-80
حرکت قطرات در میکروکانال ها در زمینه های علمی و صنعتی متنوعی مانند مهندسی بیولوژیک، آزمایشگاه روی تراشه، انتقال دارو و کپسول سازی مشاهده می شود. در پژوهش حاضر، فرآیند شکست قطره در میکروکانال T-شکل بوسیله نرم افزار متن باز جریس شبیه سازی می شود. به منظور اعتبارسنجی نتایج عددی حاضر، نتایج با تحقیقات آزمایشگاهی و عددی محققان پیشین ارزیابی می شوند. مقایسه بین نتایج نشان می دهد که شبیه سازی حاضر تطابق خوبی با مطالعات گذشته دارند. اثر حضور یک مانع نیم دایره ای در اعداد کاپیلاری مختلف (019/ 006/0) و نسبت طول اولیه بی بعد قطره متفاوت (4 و 3 ،2L*=) روی الگوی جریان و زمان شکست قطره مادر در میکروکانال T-شکل مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد، با یک اصلاح ساده روی هندسه میکروکانال T-شکل متقارن، شکست قطره مادر در مقایسه هندسه T-شکل متقارن معمولی سریع تر اتفاق می افتد. برای نمونه، درعدد کاپیلاری 01/0 برای نسبت بی بعد طول اولیه 3،2 و4 با حضور مانع به ترتیب زمان شکست قطره مادر تقریبا75%، 45% و 32% کاهش می یابد. همچنین، با افزایش عدد کاپیلاری در هر نسبت بی بعد طول اولیه قطره، زمان شکست قطره کاهش می یابد.
کلیدواژگان: حجم سیال، میکرو کانال T-شکل متقارن، شکست قطره، نرم افزار متن باز جریس، مدل حجم سیال -
صفحات 81-93
در این مطالعه کیفیت مصرف انرژی کارخانه گاز و گاز مایع 800 شرکت ملی نفت جنوب ایران واقع در شهر اهواز، براساس تحلیل اکسرژی و با استفاده از نرم افزار متلب به طور دقیق ارزیابی شده است. کیفیت مصرف انرژی شاخصی است که به طور مستقیم بر رشد اقتصادی هر کشور تاثیر می گذارد و تحلیل اکسرژی یک روش اساسی برای شناسایی مکان، علل و اندازه ناکارآمدی ترمودینامیکی یک فرآیند است. لذا با تعریف جریان های سوخت و محصول به تحلیل دو معیار تخریب اکسرژی و بازده اکسرژی در تجهیزات کارخانه پرداخته شد. بدین صورت که با استفاده از قابلیت کد نویسی نرم افزار متلب و پس از جایگذاری نتایج مدل سازی نرم افزار اسپن هایسیس در معادلات نرخ اکسرژی جریان، دو شاخص تخریب اکسرژی و بازده اکسرژی تجهیزات کارخانه گاز و گاز مایع مورد محاسبه و ارزیابی قرار گرفتند. نتایج ارزیابی دو شاخص تخریب اکسرژی و بازده اکسرژی نشان می دهند که بیشترین تخریب اکسرژی به ترتیب با 629 و 510 کیلووات مربوط به مبدل حرارتیE101 و کمپرسور K103 میباشد. و مبدل حرارتی E101 با 16٪ ، کمترین بازده اکسرژی را دارد. همچنین این بررسیها نشان میدهد که با ارتقای شاخص های عملکرد این دو تجهیز، میزان تخریب اکسرژی آنها کاهش یافته و باعث بالا رفتن سطح کیفیت مصرف انرژی و در نتیجه بهبود کارآیی این کارخانه می گردد.
کلیدواژگان: تحلیل اکسرژی، تخریب اکسرژی، بازده اکسرژی، بهبود فرآیند
-
Pages 1-21
In gas power plants, a lot of energy is lost in the form of heat more than the electricity produced. In the present research, techno-economic evaluation of combined power, desalination and cooling systems running by the exhaust flue gases of a gas turbine in Iran is performed. In addition to using power generated by the gas turbine, attempts were made to use Organic Rankine Cycle to recover the heat dissipated from gas turbine in order to reproduce power. In fact, choosing the appropriate technology for the combined system of simultaneous production of power, fresh water and cooling based on energy and economic analysis is investigated. Results showed that multiple-effect distillation system with fresh water price of 1 $ per m3 should be used in order to produce high tonnage fresh water, and to achieve the proper price of fresh water, Reverse Osmosis by giving priority to ORC power, and then, GT application is suggested. According to the calculated price of power sale, the sale of gas turbine power is approximately 0.1 $ per kW/h. Regarding cooling systems, the results showed that the absorption system has a lower initial cost and produces a greater cooling load than the compression system, and if necessary, the compression cooling system can be used only to achieve very low temperatures.
Keywords: Gas turbine, Organic Rankine Cycle, desalination, Cooling, Economic analysis -
Pages 22-36
In the present study, an energy production system using two types of renewable solar and wind energy with climatic conditions and close to areas with high potential for the system under study, with suitable conditions in terms of wind speed and solar radiation as energy sources, We act. To use the heat from the solar system with a parabolic-linear collector, a steam cycle is designed to which heat is transferred through an evaporator and generated electrical energy by a steam turbine. The heat remaining after the evaporator was used to generate a single-effect absorption refrigeration system to generate a cooling load. The main components of the system consist of an organic Rankine cycle, steam Rankine cycle, thermoelectric, absorption refrigeration system, reverse osmosis, wind turbine and a parabolic-linear solar collector. EES software has been used as an engineering tool to model the system and obtain thermodynamic results. The results showed that due to the increase in solar radiation intensity and wind energy on the total exergy, the freshwater production output of the multiple production system is effective and increases the system output. According to the results, solar energy with the central receiver has the highest amount of exergy destruction. Also, the results of exergy degradation showed that the solar system with 60% and wind turbine with 17% have the highest amount of exergy degradation in the system components.
Keywords: solar system, parabolic trough collector, steam cycle, absorption refrigeration cycle, desalination cycle, desalination, wind turbine -
Pages 37-52
In order to improve the performance of the ejector systems, this research has been conducted with the purpose of validation and thermodynamic analysis of multi-stage ejector refrigeration cycle in car cooler using combustion heat. For this purpose, one of a variety of combined ejector cycles using a numerical flow method inside a refrigeration cycle, and role of operating parameters, operating fluid, and throttle diameter of the mixing chamber were studied. The obtained results show that the use of a multi-stage oscillation cycle with an increase of 10% to 15% of the coefficient of performance, compared to the simple cycle of inclination. Also, the obtained results indicate that the R12 fluid has the highest coefficient of performance COP but will have effects on the ozone layer and is better than other refrigerants used. It seems that considering the low cost of maintaining the two-stage ejector refrigeration cycle is very suitable alternative for other cycles in different applications. Given the using two ejectors instead of a compressor and using automobile heat dissipation as the energy needed to start the cycle can save up to 35% of energy consumption, as most of the energy in the cooling cycle is consumed by the compressor. Due to the size of the ejectors in this cycle and considering the creation of a suitable space for fitting it inside the car hood, there is no particular problem and can be used massively and extensively in the automotive industry to create cooling.
Keywords: Thermodynamic analysis, Multi-stage ejector refrigeration cycle, Combustion products -
Pages 53-63
Steady flow over a delta-wing at 65 and 75 sweep angles with a flat cross-section and a leading-edge that is not quite sharp is analysed in different AOAs and flow regimes. Flow pattern on the upper-surface of the wing, is divided to 6 categories, based on the vertical components of the AOA and Mach number on the leading-edge. The aerodynamic coefficients of the wing are calculated for all cases and the related graphs and flow patterns are investigated. The calculated coefficients are compared with the published cases from previous studies and the observed differences based on various Mach numbers and AOAs are discussed. The results indicates that by increasing the Mach number, the lift and drag coefficients are increased. Pressure contours shows that by increasing the AOA, the pressure on the upper-surface and lower-surface is decreased and increased respectively. A large part of the pressure drop is due to the leading edge vortices on the wing-surface. In flow speeds over Mach=2 the leading edge speed become supersonic and expansion waves propagated from the leading edge accelerate the flow, and as the AOA increase, the shock-wave power is increase and cause a growth to the lift and drag coefficients.
Keywords: Delta Wing, AOA (Angle of Attack), Mach Number, Vortex Breakdown -
Pages 64-80
Droplet motion in microchannels is observed in versatile industrial and scientific applications, such as biological engineering, drug delivery, and encapsulation. In current investigation, breakup of mother droplet in a T-junction microchannel is simulated using the Gerris open-source software. To validate current simulation, results are appraised by the published literatures. The comparison depicts that the current results are in good agreement with previous studies. The effect of the presence of a semi-circular obstacle on the flow pattern and the breakup time of mother droplet is investigated for different Capillary numbers (0.006 Ca 0.019) and the non-dimensional initial length of droplet (L*=2, 3, and 4). The results reveal that by simple modifications on the symmetry T-junction, the mother droplet splits faster in the comparison of the ordinary symmetry T-junction geometry under the same conditions. For instance, the breakup time of mother droplet at Ca=0.01 for L*=2, 3, and 4 approximately decreases 75%, 45%, and 32% in the presence of obstacle, respectively. Furthermore, the breakup time of the drop decreases by increasing the Capillary number.
Keywords: Microfluidics, Symmetric T-junction microchannel, Gerris open-source software, Volume of fluid method -
Pages 81-93
In this study, the energy consumption quality of NGL plant 800 from National Oil Companies of Southern Iran, located in Ahvaz, has been accurately evaluated based on exergy analysis and using MATLAB software. The energy consumption quality is an indicator that directly affects the economic growth of any country and the exergy analysis method is a key issue for identifying the inefficiency locations, causes, and magnitudes of a process. In this regard, by defining the fuel-product methodology, two essential parameters were investigated and discussed in the NGL plant equipment. Thus, using the coding capability of MATLAB software and after replacing the modeling results of the ASPEN HYSYS simulator in the flow exergy rate equations, two indices of exergy destruction and exergy efficiency of the NGL plant equipment were calculated and evaluated. The evaluation results of the two indicators of exergy destruction and exergy efficiency show that the highest exergy destruction rate is in compressors K103 and heat exchanger E-101 with 510 and 629 kW respectively. The E101 heat exchanger has the lowest exergy efficiency of 16%. Also, the considerations show that the exergy destruction of the compressor (K103) and heat exchanger (E-101) will reduce by improving the performance of these components.
Keywords: Exergy analysis, exergy destruction, exergy efficiency, process improvement
©2000-2024 magiran.com All Rights Reserved.