فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
پیاپی 3 (زمستان 1389)

  • تاریخ انتشار: 1389/12/10
  • تعداد عناوین: 8
|
  • اکرم کاظمی*، محمد سمیع پور گیری، آبتین عطایی صفحات 1-7

    بسیاری از فرآورده های شیمیایی در فشار و دمای بالا تولید گشته که این اگزرژی بالا در سیستم مورد استفاده قرار نمی گیرد. یکی از این موارد، محصول خروجی از راکتور سنتز متانول در واحد سنتز متانول در صنایع پتروشیمی می باشد که محصولات در دمای حدود 250 درجه سانتیگراد و فشار 80 بار تولید می شوند. با انتگراسیون یک دستگاه توربین انبساطی در خروجی راکتور سنتز متانول و کوپل کردن آن با موتور الکتریکی، می توان از این دما و بخصوص فشار بالا جهت تولید برق و استفاده از آن در سایر بخش های فرآیند سود جست. همچنین با این روش می توان به افزایش محصول نیز دست یافت. در این مقاله شبیه سازی به کمک نرم افزار (HYSYS (version 2006 انجام شده و نتیجه حاصله با نتیجه حاصل از مدل سازی هم خوانی قابل قبولی دارد. بررسی های اقتصادی طرح بیان گر این مطلب است که با این روش می توان حدود  5/6 مگاوات برق تولید نمود و زمان بازگشت سرمایه برای این پروژه کمتر از 2 سال محاسبه شده است.

    کلیدواژگان: اگزرژی، راکتور سنتز متانول، انتگراسیون، توربین انبساطی
  • رضا پول تنگری* صفحات 9-18

    در این مقاله به شبیه سازی کامپیوتری بازیابی انرژی تلف شده از اگزوز یک موتور احتراق جرقه ای SI مرسوم  (با نسبت تراکم بالا) در جهت افزایش راندمان حجمی و راندمان حرارتی پرداخته شده است. در دست یابی عملی به هدف فوق از یک توربین  برای مهار توان تلف شده اگزوز استفاده خواهد شد و با استفاده از یک جعبه دنده کاهنده توان توربین به کمپرسور مربوط به سیستم تبرید گازی اتومبیل انتقال می یابد. از آنجایی که در این حالت، سیستم تبرید اتومبیل به منظور خنک کاری هوای ورودی موتور نیز استفاده خواهند شد، این ترکیب توربوکولر نام گذاری شده است. در شبیه سازی فرآیندهای احتراق، از مدل واقعی احتراقی وشنی با روش تکرار و تقریب استفاده گردید. کلیه خصوصیات ترمودینامیکی هوای ورودی، نوع سوخت، بازه احتراقی و زمان جرقه شمع، دمای بدنه سیلندر و سطح فرار حرارت و... و خصوصیات مکانیکی روانکار، اصطکاک بدنه پیستون و رینگ ها در نظر گرفته شد و نتایج با نتایج مراجع مقایسه شده است.

    کلیدواژگان: مدل سازی، موتورهای SI، نسبت تراکم بالا، راندمان حجمی، راندمان حرارتی، توربوکولر
  • مصطفی مافی*، مجید عمیدپور، امیر ایمان زاده صفحات 19-28

    در صنایع فرایندی دماپایین، هنگامی که برودت مورد نیاز در یک گستره دمایی وسیع توزیع شده باشد، معمولا از یک سیستم سرمازای طبقه ای جهت تامین این برودت استفاده می شود. به علت بالا بودن هزینه های سرمایه گذاری و مصرفی سیستم های سرمازای طبقه ای، استفاده از آنها جهت تامین برودت در سطوح دمایی پایین، باعث افزایش هزینه های کل واحد شده و لذا ارایه یک سیستم سرمازا با هزینه های سرمایه گذاری و عملیاتی پایین، همواره از موضوعات قابل تامل و چالش برانگیز در طراحی و توسعه صنایع فرایندی دماپایین بوده است. در سال های اخیر تحقیقات بسیاری بر روی عملی کردن ایده استفاده از مبردهای چندجزیی به جای مبردهای خالص در سیستم های سرمازا با کاربری های مختلف متمرکز شده اند. علی رغم مزایای اقتصادی فراوان استفاده از سیستم های سرمازای مبرد چندجزیی، تاکنون روشی جامع جهت طراحی این نوع سیستم ها ارایه نشده است. علت اصلی عدم وجود یک روش جامع جهت طراحی سیستم های سرمازای مبرد چندجزیی را باید در پیچیدگی های ناشی از پیش بینی دقیق خواص ترمودینامیکی مبرد چندجزیی به علت ناچیز بودن حداقل اختلاف دما بین جریان های سرد و  گرم در مبدل های چندجریانی، محاسبات تعادل فازی مخلوط های چندجزیی و غیرخطی بودن مسیله بهینه سازی پارامترهای چرخه سرمازا جستجو نمود. در تحقیق حاضر بسط و توسعه چرخه های سرمازای مبرد چندجزیی به منظور استفاده درقسمت سرد واحد اولفین مورد مطالعه قرار گرفته و یک روش طراحی جامعبرپایه تلفیق روش های ریاضی و دیدگاه های ترمودینامیکیبه منظور بهینه سازی پارامترهای چرخه مبرد چندجزیی ارایه شده است.نتایج طراحی نشان می دهند که با انتخاب مناسب آرایش چرخه سرمازا و بهینه سازی پارامترهای آن، توان مصرفی کل سیستم سرمازا واحد اولفین تبریز حدود %18.9 کاهش و راندمان اگزرژیک آن حدود %8 افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: فرایند دماپائین، چرخه سرمازا، مبردهای طبیعی و چندجزئی، آنالیز ترکیبی پینچ و اگزرژی، طراحی جامع
  • علی ارشادی*، شهرام هاشمی مرغزار صفحات 29-36

    شبیه سازی کامپیوتری ابزار مفیدی برای تحلیل کوره قوس الکتریکی می باشد، دمای بالای داخلی محفظه کوره و دشواری استفاده از ابزار اندازه گیری نیاز هرچه بیشتر ما را به استفاده از شبیه سازی عددی -کامپیوتری نشان می دهد. صنعت فولاد سازی یک صنعت بسیار مضر به لحاظ بهداشت محیط زیست است، یکی از گازهای مضر تولید شده در کوره های قوس الکتریکی خانواده اکسیدهای نیتروژن (NOx) می باشند که باعث تولید باران های اسیدی و مه های آلوده می شوند. در نتیجه تحقیقاتی که بر روی روش های تولید اکسیدهای نیتروژن درون کوره به لحاظ خصوصیات فیزیکی آن دیده شد که در یک دوره کارکرد کوره بیشترین NOxدر مرحله تخلیه سرباره از کوره تشکیل می شود و روش تشکیل آن حرارتی یا زلدویچ است، از عوامل تشکیل NOxبه این روش می توان غلظت گونه های نیتروژن و اکسیژن و دمای بالا را نام برد که از طریق ورود هوا از درزهای کوره، نیتروژن و اکسیژن تامین می گردد. در این تحقیق نیز بررسی در مرحله خروج لایه سرباره می باشد. در تحقیق پیش رو یک کوره قوس الکتریکی در همین مرحله و بصورت 3بعدی شبیه سازی شده و با تحلیل جریان هوای دورن کوره به بررسی تشکیل NOxپرداخته شده است. در ابتدا تاثیر نوع درب سرباره و در ادامه نیز تغییرمکان آن در پوسته کوره در تشکیل NOxمورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. در نتیجه این بررسی دیده می شود که نوع درب سرباره تاثیر چندانی در تولید NOxنداشته و بهترین جایگاه برای درب سرباره روبروی زانویی خروجی است.

    کلیدواژگان: کوره قوس الکتریکی، کنترل آلودگی، NOx، CFD
  • عبدالله خالصی دوست*، بهنام بیگانه طلب صفحات 37-45

    با توجه به محدود بودن منابع سوختی و لزوم صرفه جویی در مصرف انرژی، استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان یک راهکار استراتژیک از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. لذا در این مقاله به کمک استفاده از سیستم ذخیره خورشیدی برای گرمایش ساختمان آزمایشگاهی دانشگاه آزاد اسلامی واحد سمنان سعی در استفاده از انرژی خورشیدی بصورت بهینه شده است در این سیستم ابتدا انرژی مورد نیاز ساختمان مذکور با استفاده از نرم افزار «Carrier» در طول روز محاسبه شده و سپس انرژی موجود (انرژی خورشیدی) با استفاده از روابط ریاضی محاسبه گردیده است و برنامه ای با زبان برنامه نویسی «MATLAB» برای بهینه سازی مصرف انرژی خورشیدی تهیه شده که میزان بار حرارتی سیستم ذخیره و میزان بار حرارتی سیستم کمکی (بویلر) را در طول روز محاسبه می نمایدونتایج حاصل از برنامه بصورت منحنی هایی که سطح مقطع کلکتور مورد نیاز رادرحالات مختلف برحسب بار حرارتی مورد نیاز نمایش می دهد،ارایه گردیده است.

    کلیدواژگان: برنامه «MATLAB»، نرم افزار«Carrier»، بهینه سازی انرژی، سیستم ذخیره انرژی، انرژی خورشیدی
  • مریم فرهمندپور*، رضا باهوش کازرونی صفحات 47-58

    در این مقاله، ابتدا یک سیکل ترکیبی پیل سوختی اکسید جامد لوله ای و توربین گاز با بازیاب حرارتی، به عنوان سیکل پایه در نظر گرفته شده است. از آنجایی که بازیافت حرارت از گازهای خروجی توربین گاز جهت تولید بخار و تزریق آن به محفظه احتراق و هم چنین افزایش سیستم سرمایش تبخیری هوای ورودی کمپرسور و تزریق آب به هوای ورودی، فناوری های شناخته شده جهت افزایش کارآیی می باشند، برای ارتقاء سیکل پایه به کار برده شده اند. با مدل سازی الکتروشیمیایی پیل سوختی و مشخص نمودن افت ولتاژهای درون آن، ولتاژ پیل سوختی در شرایط کاری متفاوت به دست می آید. پس از تحلیل الکتروشیمیایی، به مدل سازی ترمودینامیکی اجزاء سیکل پرداخته می شود. نتایج حاصل از مدل سازی، مزایای سیکل ارتقاء یافته آن با تزریق هم زمان بخار و آب را نسبت به سیکل پایه نشان می دهد، که توان خروجی آن، 95/18 درصد نسبت به سیکل پایه افزایش یافته است. در پایان مقایسه پارامتری عملکرد سیکل نسبت به سه عامل مهم چگالی جریان پیل سوختی، نسبت فشار تراکم و دبی جرمی سوخت صورت گرفته است.

    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، توربین گاز، سیکل ترکیبی، توان
  • محسن طالب زادگان*، علی عبودی اصل، ایمان ریاضی صفحات 59-63

    بیشترین کاربرد روش حفاظت کاتدی جلوگیری از خوردگی لوله های نفت و گاز مدفون در خاک در صنایع نفت و گاز می باشد.حفاظت کاتدی به روش جریان اعمالی عبارتست از تشکیل یک سیستم الکترولیز که در آن آند و کاتد توسط یک مولد الکتریکی جریان مستقیم ایجاد می شود ، بدین صورت که در مجاورت یک سازه یک یا چند آند از جنس چدن نصب کرده و سازه و آند به ترتیب به قطب منفی و مثبت مولد وصل می نمایند.در تحقیق حاضر با برداشت مشخصات و اطلاعات واقعی در خصوص خاک منطقه ، مشخصات مکانیکی خط لوله نفت و پوشش آن در منطقه اهواز و همچنین با استفاده از فرمولهای محاسباتی و هندبوک های ارایه شده در خصوص انواع آندها و انواع سلولهای خورشیدی و باطری های موجود در بازار به طراحی سیستم حفاظت کاتدی خورشیدی مختص منطقه مذکور پرداخته شده است. پس از محاسبات انجام شده بهترین نوع سلول خورشیدی   AT-50 و تعداد پانل ها ، ولتاژ و جریان تولیدی آنها به ترتیب 42 ،v 2/52 ، A 04/40 بدست آمد.نوع باطری پیشنهاد شده Sealed Lead Acid می باشد که تعداد ، ولتاژ و جریان آنها به ترتیب 4 ،v 48 ، A 250 است.

    کلیدواژگان: خوردگی، حفاظت کاتدی، جریان اعمالی، انرژی خورشیدی
  • احسان طاهری پور*، محمدرضا عصاری، افشین قنبر زاده، سید سجاد موسوی اصل صفحات 65-71

    در این مقاله، سیکل ترکیبی بصورت کامل مدلسازی شده و پس از تحلیل انرژی و اگزرژی، تابع برازش مناسب تعریف و بهینه سازی آن توسط الگوریتم های ژنتیک و بهینه سازی دسته ذرات انجام شده است. لازم به ذکر است سیکل های ترکیبی از طراحی پیچیده ای برخوردار بوده و اعمال هر تغییر در طراحی، بر متغیرهای زیادی به صورت مستقیم و غیر مستقیم تاثیر گذار می باشد. اگرچه در گذشته تلاشهای زیادی به منظور بهینه سازی تک تک اجزاء اینگونه سیکل ها انجام شده ولی بهینه سازی کامل سیکل ترکیبی بخاطر پیچیدگی های موجود، کمتر مورد توجه قرار گرفته است. صحت مدلسازی انجام شده در این مقاله توسط مقایسه نتایج بدست آمدهاز مدل، با نتایج آزمایشی سیکل واقعی به اثبات رسیده اند. از جمله نتایج قابل توجه در اعمال محدودیت های در نظر گرفته شده در حل مسیله حذف برخی محدودیتهای بهینه سازی پینچ میباشد که پس از بررسی نتایج مشاهده شده است که حذف این محدودیت ها در نتایج بهینه سازی اثرات مطلوبی داشته است و همچنین تحلیل هایی در خصوص مقایسه نتایج الگوریتم ها و کاهش تلفات و نابودی اگزرژی انجام پذیرفته که منجر به طراحی بهینه ی نقاط بحرانی سیکل شده است.

    کلیدواژگان: سیکل ترکیبی، مدلسازی، تحلیل اگزرژی، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم بهینه سازی دسته ذرات
|
  • Akram Kazemi*, Mohammad Samei Poor Ghiri, Abtin Ataei Pages 1-7

    Many chemicals, such as Methanol synthesis reactor productions, are produced under high pressure and  temperature. The reactor operates at 80 (bar) pressure and 250 ( C) temperature. In a conventional process, high exergy in reactor outlet is not used. The high operating   pressure of the reactor outlet can be exploited to produce electricity by integration of a turbo expander. Moreover, increasing in production would be the other result of this method .In this research, simulation has been done by applying HYSYS (Ver. 2006) and the results are in consistent with the outcomes of modeling technique .Economic analysis shows that we can generate about 6.5 ( MW) electricity and return of investment is less than 2 years.

    Keywords: exergy, Methanol synthesis reactor, Integration, Turbo expander
  • Reza Poultangari* Pages 9-18

    In this report the simulation of energy recovery from waste exhaust of a convention SI engine spark ignition (with a high compression ratio) in other to increase the volumetric efficiency and thermal efficiency is presented. Action to achieve the above goal a power turbine can be used to restrain waste exhaust gases power and transmitted this power to the compressor of car air conditioning system  by a planetary gear box and this combination of them named Turbo-cooler. Using the Turbo-cooler, volumetric efficiency of operation and finally the engine thermal efficiency will increase. In the simulation of combustion processes, combustion of the actual model is simulated by Woshni approximation model and through the successive approximation method. In this study all the thermodynamic properties of air, fuel type, duration and ignition spark timing, cylinder temperature and the heat transfer and etc, were considered. Also mechanical properties of lubrications, piston skirt  and rings friction take in to account  here.

    Keywords: Modeling, SI Engines, high compression ratio, volumetric efficiency, thermal efficiency, Turbo-cooler
  • Mostafa Mafi*, Majid Amidpour, Amir Imanzadeh Pages 19-28

    In industrial processes, there are many processes that operate below ambient temperature. Usually when these processes demand refrigeration over a very wide temperature range, cascade refrigeration systems are employed. Unfortunately, the cascade refrigeration systems are capital intensive because of major use of installed equipment and large energy requirement in operations. Therefore, the continuing development of new methods to reduce net power and capital costs of refrigeration systems is important in the design of low temperature processes. A recent advancement has been the introduction of mixtures as refrigerants in place of pure refrigerants. In mixed refrigerant cycles, the composition of the mixture can be selected such that the liquid refrigerant evaporates over a temperature range similar to that of the process cooling demand to provide the desired refrigerant characteristics. Small temperature driving force leads to near-reversible operation, thus better thermodynamic efficiency and lower power requirement. Also, a mixed refrigerant cycles feature simpler machinery configuration and fewer maintenance problems. Due to the lack of comprehensive design method for mixed refrigerant cycle, conventional approaches are largely trial-and-error and therefore operations can be far away from optimal conditions. The difficulty in design mainly stems from two aspects: one is the expensive and highly nonlinear nature of computation and the other is the sensitivity of the cycles to the operating changes, especially the change in the composition of refrigerant mixtures and, the suction and discharge pressures of compressor. In this paper, a novel method for comprehensive design of mixed refrigerant cycles is proposed by combined mathematical programming and thermodynamics approach. This method combines the power of thermodynamics and mathematical programming. While the mathematical programming can satisfactorily give the optimal choice of pressures operating conditions and refrigerant compositions, thermodynamics at the same time gives the user insights and confidence in solution. The procedure is demonstrated using a case study of design of two mixed refrigerant cycles for cold section of olefin plant of Tabriz petrochemical complex.

    Keywords: Sub-ambient process, refrigeration system, natural mixed refrigerant, combined pinch, exergy analysis, comprehensive design method
  • Ali Ershadi *, Shahram Hashemi Marghzar Pages 29-36

    Measurement difficulties and physical complexities for mathematical modeling’s caused to numerical simulation assumed as the most suitable way to  study flow field and heat transfer in electric arc furnace. Harmful gas from NOx family in electric arc furnace result to acidic rains and fog. Investigations show that NOx production mainly extracted from Zeldowich and thermal mechanisms which formed in the period of slag removal from the furnace. The main reasons for such a phenomena are high temperature and presence of Oxygen and nitrogen in air penetrated to the furnace when the furnace door is opened .The present study includes a 3D modeling of the flow field and heat transfer to simulate electric arc furnace when the door is opened and in period of slag removal.  The air flow is carefully studied In furnace and door type and Nox formation studied where door position and type are changed. Results show that door type is not so important in NOx formation but the best location to reduce NOx content is the place in opposite of outlet elbow for dedusting facility. 

    Keywords: Electric arc furnace, Pollution Control, NOx, CFD
  • Abdollah Khalesidoost*, Behnam Biganehtalab Pages 37-45

    Due to the limited energy resources and the need to save energy, use of solar energy as a strategic approach is extremely important. So in this article by using system to store solar Energy for heating buildings in Laboratory of Islamic Azad university -SemnanBranch. In this approach tried to optimized using of solar energy. In this system, the energy requirements of the building using software «Carrier» during the day and then the solar energy are calculated using mathematical equations. A code written in «MATLAB» for optimum Solar Energy consumption where calculates storage system level thermal load and thermal load of the auxiliary system (boiler) on the day. Utilizing the code, all needed magnitude of geometry as the collector area requirements according to the heat load are provided.

    Keywords: Program «MATLAB», software «Carrier», energy efficiency, energy storage system, Solar Energy
  • Maryam Farahmandpour*, Reza Bahoosh Kazerooni Pages 47-58

    In this paper, the first level of a solid oxide fuel cell combined cycle and gas turbines, heat recovery, are considered as the basic cycle. Since heat recovery from exhaust gas turbine to produce injecting steam into the combustion chamber and also increase the cooling system evaporative inlet air to the inlet air compressor and water injection technology is a known to be efficient, to improve the basic cycle to work have been taken. The electrochemical fuel cell modeling and to identify loss voltages within the fuel cell voltage at different working conditions are achieved. The electrochemical analysis, the thermodynamic modeling however elements of the cycle are discussed. The results of modeling show that the benefits of improved cycle by injection of steam and water cycle of the base shows that has increased 18.95 percent compared to the basic cycle. Finally, cycle performance parameters compared to the three major factors: density, fuel cell, pressure, density and mass flow of fuel carried.

    Keywords: Solid oxide fuel cell, Gas turbine, Combined cycle, Power
  • Mohsen Talebzadegan*, Ali Aboudi Asl, Iman Riazi Pages 59-63

    Catholic protection method is most applied in oil and gas industry, in order to prevent corrosion of oil and gas pipes buried into the earth. Catholic  protection based on impress Current consisted of development of a electrolysis system in which Anode and Cathode electrodes are created by direct electric generator, so that there is one or more Anode made of cast iron installed adjacent to a structure, also the structure and anode are be connected to negative and positive electrode of the generator, respectively. In this study, considering the actual data and information of a region soil, mechanical specifications of oil pipeline and its coverage in Ahvaz-city, as well as computational formulas and presented Handbooks regarding to various type of anodes and various types of solar cells and batteries available on the market, it was dealt with the design of solar Catholic  protection devoted to the region. According to the performed calculations, the best type of solar cell is AT50 and the number of panels, voltages, and productive currents are obtained 42, 52.2 V, and 40.04 A, respectively. The suggested batteries were Sealed Lead Acid which the number of them, its voltage and current are 4, 48 V, 250A,respectively

    Keywords: corrosion, catholic protection, impress current, solar energy
  • Ehsan Taheri*, Mohammadreza Assari, Afshin Ghanbarzadeh, Sajad Mosavi Asl Pages 65-71

    Designing synchronic recovery cycle was very complex due to existence two different recovery cycle power which was related to retrievers boiler. And any change in designing directly was eclipsed power, efficiency, and costs, and many other variables. Researchers always was tied to indicating a way for optimizing properties and different sections (parts) of synchronic recovery cycles, but complete reviewing cycle was less considered due to unique complexities. In this article, we are considered to complete modeling synchronic recovery cycle, indicating the results of energy and exergy analysis, defining appropriate fitness function and then optimizing the model which was indicated by powerful instruments, genetic and PSO algorithms. Also, the accuracy of calculated results was proved by comparing with practical cycle results of BILKENT University. It was necessary to say that in this research, for the first time, has been optimized complete cycle synchronic recovery by genetic algorithm.

    Keywords: synchronic recovery cycle, optimization, genetic algorithm, modeling