فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
سال هفتم شماره 3 (پیاپی 24، پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/08/11
  • تعداد عناوین: 6
|
  • آنسه اصغری شهریور، محمدحسن نوبختی* صفحات 1-16

    اثربخشی آدیاباتیک خنک کاری لایه ای پره توربین گاز با استفاده از سوراخ هایی با زوایای ترکیبی در سه راستای مختلف  مورد بررسی قرار گرفته است، که شامل سه مدل هندسی  و یک نسبت تزریق مشخص می باشدکه با استفاده از رهیافت تنش متوسط رینولدز و مدل توربولانسی SST حل شده است. یکی از زوایا شامل 45 درجه نسبت به راستای جریان می باشد و زوایای دیگر در امتداد شعاعی لبه حمله در طرفین خط سکون ،شامل زوایای صفر و 25 درجه نسبت به راستای جریان و سطح پره در ناحیه لبه حمله می باشند و زوایای دیگر ، شامل زوایای صفر و 35 درجه خروجی سوراخ ها نسبت به راستای خط سکون می باشند که با استفاده از نرم افزار تجاری  انسیس فلوینت شبیه سازی شده اند. نتایج بدست آمده نشان می دهند که اثربخشی آدیاباتیک خنک کاری لایه ای در نواحی نزدیک پایه پره به شدت تحت تاثیر این زوایای انحرافی بوده در حالی که با نزدیک شدن به نواحی بالایی تیغه عملکرد خنک کاری لایه ای، تحت تاثیر این زوایای تزریق نخواهد بود.

    کلیدواژگان: توربین گاز، خنک کاری لایه ای، زوایای ترکیبی
  • شجاع قارینی*، سید علی اشرفی زاده صفحات 17-28

    در این پژوهش به بهینه سازی میکرو توربین گازی از طریق آنالیز اقتصادی، اکسرژی و زیست محیطی بوسیله الگوریتم گرگ خاکستری پرداخته شده است.  ابتدا یک مدل سازی ترمودینامیکی برای هر یک از حالتهای بالا انجام شد و سپس با استفاده از روش گرگ خاکستری نقاط بهینه برای عملکرد سیستم در هر حالت تعیین گردید. برای مدل سازی از کد نوشته شده در نرم افزار MATLAB استفاده گردید. نتایج تحقیق نشان داد  افزایش دمای ماکسیمم اثر اندکی بر افزایش هزینه خرید و نصب و نگهداری تجهیزات بر سیکل میکرو توربین دارا می باشد که نشان دهنده آن است که افزایش دمای احتراق تا جایی که محدودیت متالوژیکی سیکل به ما اجازه دهد عامل خوبی در افزایش بازدهی سیکل با در نظر گرفتن مسایل اقتصادی می باشد. و همچنین افزایش راندمان رکوپراتور بیشترین هزینه را نسبت به عوامل دیگر بر میکرو توربین وارد می کند. با افزایش نسبت فشار کمپرسور هزینه سوخت به صورت شکل بالا افزایش یافته است. اثر افزایش دمای ورودی به توربین را بر نرخ هزینه تخریب اکسرژی و مجموع هزینه سوخت مصرفی و خرید ، نصب و نگهداری را نشان می دهد همچینن تطبیق داده های ورودی با مدل به دست آمده از الگوریتم  گرگ خاکستری مربوط به هزینه کل  خرید، نصب و نگهداری بعلاوه هزینه تخریب اکسرژی بعلاوه هزینه سوخت مصرفی را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: میکرو توربین گازی، اکسرژی، آنالیز اقتصادی
  • عبدالکریم افروزه* صفحات 29-47

    نانوتکنولوژی در توسعه و بهبود عملکرد پیل های سوختی اکسید جامد (SOFC) به خوبی استفاده می شود. دمای عملیاتی بالای SOFC (700-900 درجه سلسیوس) منجر به نواقصی جدی در ارتباط با عملکرد کلی و دوام آنها شده است. از این رو، دمای عملیاتی بالا به دامنه دمای متوسط تقریبا 44-700 سلسیوس کاهش یافته است که عملکرد را بهبود بخشیده است و متعاقبا SOFC را به عنوان منابع انرژی قابل حمل تجاری کرده است. با این حال، در دمای کاهش یافته، چالش هایی مانند افزایش مقاومت داخلی اجزای پیل سوختی بوجود می آیند. اگر چه، این مساله نمی تواند به اندازه مشکلاتی که در دمای بالا بوجود می آید، جدی باشد، هنوز به شکل قابل توجهی بر عملکرد SOFC تاثیر می گذارد. این مقاله به کار محققان در زمینه کاربرد نانوتکنولوژی در ساخت SOFC از طریق روش های متمایز می پردازد. این روش ها با موفقیت مقاومت داخلی را حذف یا حداقل کاهش داده اند و بهبود قابل توجه در تراکم انرژی SOFC در دماهای کاهش یافته را نشان داده اند.

    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، توسعه مواد، نانوماده ها، عملکرد پیل سوختی
  • سید مسلم موسوی، محمدرضا صفاریان* صفحات 48-60

    صرفه جویی در انرژی یکی از مهمترین چالش های جهان امروز است. کاهش مصرف برق در سیستم های هوای فشرده یکی از الزامات اساسی برای طراحی این سیستم ها است. هنگام استفاده از سیستم های تهویه مطبوع داخلی (تهویه مطبوع دوگانه) در مناطق بسیار گرم (خوزستان) عملکرد آنها کاهش می یابد و مصرف برق فعلی افزایش می یابد. بنابراین استفاده از انرژی های جدید و تجدید پذیر مانند انرژی خورشیدی می تواند نقش مهمی در کاهش مصرف انرژی داشته باشد. در این طرح، بشقاب خورشیدی گردان صفحه ای که شامل PCM است، در فشرده سازی هوا فشرده و چرخه فشرده سازی تبرید خنک کننده قرار می گیرد و با به دست آوردن پارامترهای فشار و درجه حرارت در نقاط مختلف چرخه و مقایسه آن با حالت عادی چرخه یخچال (بدون جمع)، کار کمپرسور، ظرفیت خنک کننده و عامل عملکرد محاسبه و مورد بررسی قرار گرفته است. به همان شیوه، داده ها در حالت عادی و در منظومه شمسی در سه زمان مختلف (ساعت 7 صبح، 15 و 23 و ساعت) هماهنگ می شوند. نتایج تجربی نشان می دهد که در دمای حداکثر (در ساعت 15)، با افزایش (6.3 درجه سانتیگراد)، دمای مبرد در خروجی کلکتور، ویژگی های ترمودینامیکی سیستم بهبود یافته، از جمله ضریب خنک کننده از 10.82 به 11.21 و ضریب عملکرد چرخه از 5 تا 5.2 به 3.83٪ و 3.84٪ افزایش یافت و قدرت کمپرسور از 167.2 به 160.2 افزایش یافت که حدود 0.32٪ کاهش یافت. افزون بر این، به علت عدم جذب نور خورشید مناسب و جذب گرما مناسب مناسب در ساعتهای 23 و 7 ساعت، اثر کمی بر روی خصوصیات ترمودینامیکی چرخه های معمول و خورشیدی وجود نداشت.

    کلیدواژگان: سیکل تبرید تراکمی، گردآورنده خورشیدی، مواد تغییر فاز دهنده(pcm)
  • سید محمود کیا، محمدحسن نوبختی*، مرتضی خیاط صفحات 61-80

    امروزه با توجه به اهمیت مبحث انرژی، محدودیت های منابع طبیعی و گرمایش زمین، کارایی سیستم های انتقال حرارت بیش ازپیش موردتحقیق قرارگرفته است. در این مقاله به بررسی تجربی تاثیر استفاده از نانوسیال و توربولاتور بر انتقال حرارت و افت فشار پرداخته شده است. از نانوسیال روغن پایه AL2O3 /SN300  با درصدهای وزنی 0/005، 0/1، 0/3 و 0/5 استفاده گردیده و از توربولاتور فلزی نوع مارپیچ جهت بررسی انتقال حرارت مبدل حرارتی پوسته و لوله استفاده شده است. آزمایش ها تحت دو شار حرارتی ثابت w/m2 3950  وw/m2 5280 و در دماهای30، 40، 50 و 60 درجه سانتی گراد انجام شده است. رژیم جریان آرام بوده و آزمایش ها برای 8 دبی مختلف انجام گرفته است. از نتایج مشاهده شد ضریب انتقال حرارت نانوسیال به مراتب بیشتر از سیال پایه می باشد و با افزایش درصد وزنی نانوسیالات ضریب انتقال حرارت نیز افزایش می یابد ولی از سوی دیگر موجب افزایش اختلاف فشار می شود. همچنین مشاهده شد ضریب انتقال حرارت با عدد رینولدز رابطه مستقیم دارد و استفاده از توربولاتور تاثیر چشمگیری برافزایش انتقال حرارت مبدل حرارتی دارد. نتایج در تطابق خوبی با نتایج تیوری بوده و خطا کمتر از 10 درصد اندازه گیری شد.

    کلیدواژگان: نانوسیال پایه روغن، توربولاتور، ضریب انتقال حرارت، افت فشار
  • علی دژدار، احسان الله عصاره* صفحات 81-94

    در پژوهش حاضر به بررسی یک سیستم تولید انرژی با استفاده از سه نوع انرژی تجدپذیر خورشیدی، بادی و انرژی حرارتی اقیانوسی با شرایط اقلیمی و نزدیک به مناطقی با پتانسیل بالا برای سیستم OTEC، دارای شرایط مناسب از نظر سرعت باد و تابش خورشیدی به عنوان منابع تامین انرژی، اقدام کردیم. سیستم پیشنهادی بر اساس کل مصرف روزانه برق مورد نیاز یک مجتمع خدمات رفاهی ساحلی طراحی و بررسی می شود. اجزا اصلی سیستم متشکل از یک سیکل ارگانیک رانکین، توربین، ترموالکتریک، پمپ، مبدل حرارتی، توربین بادی و یک کلکتور خورشیدی صفحه تخت است. برای مدلسازی سیستم و به دست آوردن نتایج ترمودینامیکی از نرم افزار EES به عنوان یک ابزار مهندسی بهره برده شده است. سیستم طراحی شده برای  یک منطقه که دارای انرژی حرارتی اقیانوسی، انرژی باد و خورشید مناسبی بوده مورد استفاده قرار گرفته است. از مهم ترین پارامترهای تاثیر گذار و کاربردی در این بررسی ها، باید به میزان سرعت باد، مقدار تابش خورشید و مساحت کلکتور اشاره کرد. در نهایت به منظور بهینه سازی سیستم طراحی شده از الگوریتم چندهدفه ژنتیک با مرتب سازی نامغلوب یا همان الگوریتمNSGA-II ، برای یافتن بهترین توابع هدف و رسم نمودار پارتو استفاده شده است. متغییرهای طراحی که برای بهینه سازی استفاده شدند، شامل مساحت سیستم خورشیدی)Ap(، دمای خروجی از سیستم خورشیدی)T1(، دمای ورودی به توربین)T3(، پینچ پوینت اواپراتور)PPeva(، پارامتر ترموالکتریک(Z_T_M)، بازده پمپ و بازده توربین بودند. دو تابع هدف این بهینه سازی اگزرژی و نرخ هزینه سیستم عنوان شد. در نهایت بهینه ترین مقدار بازده اگزرژی 14.47 درصد  و نرخ هزینه ($/h) 74.97 به دست آمد. سیستم های معرفی شده با توجه به نتایج حاصل شده برای کاربردهای مورد نیاز مناسب می باشند..

    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، انرژی باد، انرژی حرارتی اقیانوسی، اگزرژی، نرخ هزینه
|
  • Anese Asghari Shahrivar, Mohammad Hasan Nobakhti* Pages 1-16

    Film Cooling Adiabatic Effectiveness on a Profile of a Gas Turbine blade that Using Holes with 45 Degree Combined Angles to the Flow Direction and Radial Along the Attack Edge as well as 25 Degree Angles to the Flow Direction and Surface Area of the Attack Edge Area and 35 degrees relative to the outlet hole suefaces along stagnation line, Under a specified blowing ratios, using the Reynolds stress approach and the SST turbulence model, have been investigated by using ANSYS FLUENT commercial software. The results show that the film cooling adiabatic effectiveness in the areas near the blade base is strongly affected by these compond angles, while approaching the upper blade areas, the film cooling effectiveness will not be affected by these injection angles.

    Keywords: Gas Turbine, Film Cooling, Compond Angles
  • Shoja Gharini*, Seyed Ali Ashrafizadeh Pages 17-28

    In this research, optimization of gas microturbine through economic, exergy and environmental analysis has been investigated by the gray wolf algorithm. First, a thermodynamic modeling was performed for each of the above modes, and then using the gray wolf method, optimum points were determined for each system's performance. For modeling, the code written in MATLAB software was used. The results of the study showed that the increase in maximum temperature has a small effect on the increase in the cost of purchasing and installing and maintaining equipment on the micro turbine cycle, which indicates that increasing the combustion temperature to the extent that the metallurgical limit of the cycle allows us to be a good factor in increasing the cycle efficiency with Considering economic issues. As well as increasing the efficiency of the recuperator, the greatest cost is borne by other factors on micro turbines. As the compressor compressor ratio increases, the cost of fuel is increased as shown above. The effect of increasing the turbine input temperature on the cost of exergy damage and the total cost of consuming fuel and purchasing, installation, and maintenance, as well as the matching of input data with the model derived from the gray wolf algorithm related to the total purchase, installation, and maintenance costs In addition, the cost of exergy damage plus fuel consumption is shown.

    Keywords: Gas Microturbine, Exergy, Economic Analysis
  • Abdolkarim Afroozeh* Pages 29-47

    Nanotechnology is well used in the development and performance improvement of solid oxide fuel cells (SOFCs). The high operating temperature of SOFCs (700-900 ° C) has led to serious shortcomings in their overall performance and durability. Hence, the high operating temperature has been reduced to the average temperature range of approximately 44-700 Celsius, which has improved performance and subsequently commercialized SOFCs as portable energy sources. However, at reduced temperatures, challenges arise such as increasing the internal strength of fuel cell components. Although this may not be as serious as the problems that arise at high temperatures, it still significantly affects SOFC performance. This paper deals with the work of researchers in the field of application of nanotechnology in the construction of SOFC through different methods. These methods have successfully eliminated or minimized internal resistance and shown significant improvements in SOFC energy density at reduced temperatures.

    Keywords: Solid oxide fuel cell, material development, nanomaterials, fuel cell performance
  • Mohammadreza Saffarian, Seyed Moslem Moosavi* Pages 48-60

    Saving energy is one of the most important challenges of today's world. Reducing electrical energy consumption in compressed air systems is one of the essential requirements for designing these systems. When using domestic air conditioners (dual air conditioners) in very hot areas (Khuzestan) their performance decreases and electric current consumption increases. Therefore, the use of new and renewable energies such as solar energy can play a significant role in reducing energy consumption. In this plan, the plane plate solar collector, which contains PCM, is placed in the compressed air compression and condenser refrigeration compression cycle, and by obtaining the parameters of pressure and temperature at different points of the cycle, and comparing it with the ordinary mode The refrigeration cycle (no collector), compressor work, cooling capacity and performance factor are calculated and investigated. In the same way, the data is synchronized in the normal state and in the solar system at three different times (at 7 am, 15 o'clock, and 23 o'clock). The experimental results show that at the maximum temperature (at 15 o'clock), with a rise ( 6.3° C), the refrigerant temperature of the collector output, the thermodynamic characteristics of the improved system, such that the cooling coefficient from 10.82 to 11.21 and the coefficient of cycle performance From 5 to 5.2 was increased by %3.83 and %3.84 and the compressor power was from 167.2 to 160.2 which decreased by about 0.32%. Moreover, due to the lack of adequate sunlight and proper collector heat absorption in the experiments at 23 o'clock and 7 o'clock, there was little effect on the thermodynamic characteristics of the conventional and solar cycles.

    Keywords: Condensation refrigeration cycle, solar collector, phase change material(pcm)
  • Seyed Mahmood Kia, Mohammad Hasan Nobakhti*, Morteza Khayat Pages 61-80

    These days With respect to the high importance of energy concept, limitation of natural resources, regulation of environmental issues, and global warming, heat transfer systemschr('39') applications get more attention. In the present paper, the experimental effect of Nano-fluid and turbulator on the heat transfer and pressure drop is investigated. AL2O3-SN300 base oil as nanofluid with weight percentage of 0.05, 0.1, 0.3, and 0.5 are used. To investigate the effect of heat transfer, a steel rotational turbulator was inserted inside the heat exchanger. The experiments were conducted under a constant heat flow rate of 3950 W/m2 and 5280 W/m2 and temperatures of 30, 40, 50, and 60 C. The whole process has been repeated for eight different mass flow rates under the laminar flow condition. The results show a higher heat transfer coefficient of Nano-fluid than the base fluid. Increasing the weight percentage of Nano-fluid caused enhancement of pressure drop in the system. The heat transfer coefficient directly relates to the mass flow rate and increases by raising the Reynolds number. The results reveal that using a turbulator enhances the heat transfer significantly. The experimental results are in reasonable agreement with theory by less than 10 percent mean error.

    Keywords: Base oil nanofluid, Turbulator, Heat transfer coefficient, Pressure drop
  • Ali Dezhdar, Ehsanollah Assareh* Pages 81-94

    In the present study, investigated an energy production system using three types of renewable energy: solar, wind and ocean thermal energy with climatic conditions and close to areas with high potential for the OTEC system, Has a good position in terms of wind speed and solar radiation, used them as energy sources. The proposed system is designed and evaluated based on the total daily electricity consumption required by a beach welfare complex. The main components of the system consist of an organic Rankine cycle, turbine, thermoelectric, pump, heat exchanger, wind turbine and a flat plate solar collector. EES software has been used as an engineering tool to model the system and obtain thermodynamic results. The system is designed for an area with good ocean thermal energy, wind energy and solar energy. The most important and effective parameters in these studies are wind speed, solar radiation and Solar heat collector area. Finally, in order to optimize the designed system, the multi-objective genetic algorithm with Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II or NSGA-II algorithm is used to find the best target functions and Pareto chart extraction is used to determine the best values for the target functions. Design variables used for optimization include Solar system area (Ap), output temperature from solar system (T1), turbine inlet temperature (T3), evaporator pinch point (PPeva), thermoelectric parameter (Z_T_M), pump efficiency and turbine efficiency. The two objective functions of this optimization are exergy and system cost rate. After optimization, the Pareto diagram was obtained with a set of optimal points. Finally, the optimal value for exergy efficiency was 14.47% and the cost rate 74.97 ($/h). The introduced systems are suitable for the required applications according to the obtained results. The introduced systems are suitable for the required applications according to the obtained results.

    Keywords: Solar energy, Wind energy, Ocean heat energy, Exergy, Cost rate