فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال دوم شماره 4 (پیاپی 6، زمستان 1391)

  • تاریخ انتشار: 1392/01/20
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سید عباس طاهر، شهاب الدین اکبری، سید محمد حسینی صفحات 2-11
    در این مقاله، به طراحی کنترل کننده مقاوم برای ژنراتورهای القایی در نیروگاه های بادی با استفاده از روش مقادیر تکین ساختاریافته پرداخته شده است. کنترل کننده برای STATCOM و کنترل زاویه متغیر شیب پره ها (زاویه پیچ پره ها) به منظور دستیابی به ولتاژ و توان مکانیکی مطلوب طراحی شده است. نتایج نشان می دهد که این کنترل کننده به طور رضایت بخشی، میرایی سیستم حلقه بسته را بهبود می بخشد. در این مطالعه، همچنین تاثیر اغتشاشات مختلف روی عملکرد دینامیکی سیستم با استفاده از شبیه سازی غیرخطی در حوزه زمان، مورد ارزیابی قرار گرفته و نیز مقایسه با کنترل کننده فیدبک خروجی انجام گرفته است. کنترل کننده پیشنهادی در تنظیم مناسب ولتاژ و پایداری سرعت ژنراتور، عملکرد خوبی دارد.
    کلیدواژگان: ژنراتور القایی، جبران ساز استاتیکی سنکرون، تنظیم ولتاژ، سیستم تبدیل انرژی بادی، توربین بادی، کنترل کننده مقاوم، مقدار تکین ساختاریافته (سنتز μ)
  • پویان طالبی زاده، پروفسور مظفر علی مهرابیان، مرتضی عبدل زاده صفحات 12-23
    در مقاله حاضر، زوایای شیب بهینه به صورت روزانه، ماهیانه، فصلی و سالیانه برای کلکتورهای خورشیدی در مناطقی از ایران محاسبه شده، و مدل های جدیدی برای محاسبه زوایای شیب بهینه به صورت ماهیانه، فصلی و سالیانه در عرض های جغرافیایی بین 20 تا 40 درجه شمالی ارائه شده است. برای دستیابی به این هدف، زوایای شیب و سمت الراس کلکتورهای خورشیدی برای دریافت بیشترین تشعشع از خورشید در چندین شهر ایران در روزها، ماه ها، فصل ها و کل سال با به کارگیری مدل های مختلف محاسبه شده است. با توجه به مقادیر پیش بینی شده در این مقاله و استفاده از زوایای شیب بهینه به دست آمده از تحقیق های دیگر در مناطقی خارج از ایران با عرض جغرافیایی برابر با ایران، این مدل ها برای پیش بینی زوایای شیب بهینه به دست آمده اند. نتایج نشان می دهد که زاویه سمت الراس بهینه برای دریافت بیشترین انرژی از خورشید برابر با صفر است؛ بنابراین، بیشینه انرژی دریافتی خورشید مستقل از زاویه سمت الراس است. همچنین، زوایای بهینه ماهیانه با استفاده از مدل های به دست آمده در این مقاله، دقت بیشتری در مقایسه با داده های مراجع پیشین دارد.
    کلیدواژگان: انرژی خورشید، زاویه شیب بهینه، زاویه سمت الراس، کلکتور خورشیدی
  • فرزاد محمدخانی، شهرام خلیل آریا، ایرج میرزایی صفحات 24-31
    در مقاله حاضر، تحلیل قانون اول و دوم ترمودینامیک برای سیستم تولید هم زمان برق و حرارت بر پایه موتور دیزل انجام شده است. نسبت بهره برداری از سوخت و کار و گرمای تولیدشده توسط سیستم اندازه گیری شده و کارآیی های مختلفی بر پایه انرژی و اگزرژی و نیز پارامترهای ارزیابی عملکرد برای اجزای سیستم و نیز برای کل سیستم تولید هم زمان تعریف گردیده است. اهداف این مقاله عبارت اند از: محاسبه تخریب و تلفات اگزرژی در سیستم و اعمال پارامترهای ارزیابی عملکرد به سیستم و اجزای آن. سیستم تحت بررسی در این مطالعه، یک سیستم تولید هم زمان برق و حرارت بر پایه موتور دیزل است که 250 کیلووات برق تولید می کند و دمای 75/1 کیلوگرم بر ثانیه آب در فشار 2 بار را از 80 تا 120 درجه سلسیوس افزایش می دهد. مطالعه نشان می دهد که کم بازده ترین جزء سیستم موتور دیزل با بازده اگزرژی 31/39% است. همچنین نسبت بهره برداری از سوخت برای کل سیستم 47/90% محاسبه شده و بازده اگزرژی آن 51.08% است.
    کلیدواژگان: انرژی، اگزرژی، بازده، موتور دیزل، تولید همزمان برق و حرارت
  • سید رضا حسینی، مجید عمیدپور، سید احسان شکیب صفحات 32-39
    ایران، کشوری با اقلیم خشک و بیابانی است که همواره با معضل تامین آب شیرین مواجه است؛ همچنین دومین کشوری است که منابع عظیم نفت و گاز را در جهان دارد. این مزیت نسبی، باعث افزایش تعداد نیروگاه های حرارتی در کشور شده است. دسترسی به منابع عظیم آب شور خلیج فارس در جنوب و نیز دریای خزر در شمال، ضرورت تامین آب شیرین و افزایش بهره وری نیروگاه ها را از طریق کوپلینگ با آب شیرین کن های حرارتی فراهم می آورد. نگارندگان این پژوهش، اقدام به مدل سازی ترمودینامیکی آب شیرین کن چندمرحله ای تبخیر ناگهانی در حالت بازیافت حرارت با توربین گازی نموده و پس از آن، جهت بررسی نتایج، اگزرژتیک سیکل تولید همزمان توان و آب شیرین را تحلیل کرده و در انتها نمودارهایی جهت بررسی عوامل موثر بر تولید توان و آب شیرین ارائه نموده اند. نتایج نشان می دهد با افزایش تعداد مراحل آب شیرین کن، نسبت عملکرد و بازده اگزرژی، به طور محسوسی افزایش می یابد. همچنین حساسیت برخی پارامترهای مهم همچون نسبت فشار کمپرسور و یا فشار کارکرد مولد بازیافت حرارتی تولید بخار بر عملکرد سیستم تولید همزمان سنجیده شده است
    کلیدواژگان: نیروگاه حرارتی، آب شیرین کن چندمرحله ای، سیستم بازیاب حرارتی تولید بخار، تولید هم زمان، آنالیز اگزرژی
  • عقیل ایرانمنش، مظفر علی مهرابیان صفحات 40-47
    آنالیز عملکرد گذرای سیکل تبرید جذبی تک اثره آب لیتیوم بروماید، یکی از اهداف مقاله حاضر است. در مطالعات گذشته، پاره ای روابط تقریبی برای تعیین خواص محلول آب لیتیوم بروماید در نظر گرفته شده که سبب ایجاد خطا در محاسبات شده اند. رفتار دینامیکی سیکل تبرید جذبی را می توان از حل معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی به صورت هم زمان پیش بینی کرد. در مطالعه حاضر، خواص ترمودینامیکی از نرم افزار EES گرفته شده و در نرم افزار متلب معادلات دیفرانسیل با روش رانگ کوتای مرتبه چهار حل شده اند. همچنین در این پژوهش، اثر کیفیت محلول جاذب و ژنراتور بر غلظت محلول خروجی از این دو دستگاه، مورد بررسی قرار گرفته است؛ این اثر در پژوهش های قبلی، ناچیز در نظر گرفته شده است. آنالیز ناپایای اگزرژی سیکل تبرید جذبی تک اثره آب لیتیوم بروماید، از دیگر اهداف این مقاله است. با گذشت زمان و رسیدن به حالت پایا، ضریب عملکرد و راندمان اگزرژی سیستم کاهش می یابد. برای اعتبارسنجی نتایج به دست آمده از آنالیز گذرای سیکل، نتایج شبیه سازی دینامیکی با نتایج حاصل از آنالیز پایا مقایسه شده و نتایج حاصل از مقایسه، از دقت بالای آنالیز گذرای سیکل حکایت دارند.
    کلیدواژگان: چیلرهای جذبی، آب، لیتیوم بروماید، تک اثره، رفتار دینامیکی
  • سید عبدالمهدی هاشمی، ابوالفضل فتاحی، قنبرعلی شیخ زاده صفحات 48-57
    در بررسی حاضر، یک شعله مغشوش غیر پیش آمیخته به صورت عددی و با استفاده از دو مدل آشفتگی استاندارد و تحقق پذیر k-ε مطالعه شده است و مقایسه ای بین نتایج این دو مدل انجام گرفته است. معادلات حاکم با روش بالادست مرتبه دو و حجم محدود منفصل شده اند. برای مدل سازی برهم کنش احتراق و آشفتگی از مدل تابع چگالی احتمال فرضی (Presumed β-PDF) استفاده شده است. همچنین از مدل تشعشعی جهات مجزا استفاده شده است. مقایسه نتایج عددی و داده های تجربی نشان می دهد که مدل تحقق پذیر پیش بینی بهتری در مورد سرعت محوری جریان و غلظت اکسیدهای نیتروژن نسبت به مدل استاندارد ارائه می دهد.
    کلیدواژگان: شعله اکسیژن سوز، مدل اغتشاشی، مدل تابع چگالی احتمال فرضی، شبیه سازی عددی، آلاینده اکسیدهای نیتروژن
  • سعید جانی، مصطفی محمودی، میثم امینی صفحات 58-69
    جریان جابجایی آزاد در یک محفظه مستطیل شکل با گرمای ناشی از اختلاف درجه حرارت دیواره ها با وجود یک پره بر روی دیواره سرد، به روش عددی بررسی شده است. دیواره های افقی بالا و پایین محفظه، عایق است و دیواره های عمودی چپ و راست به ترتیب، دارای درجه حرارت ثابت Tc، Th و Th > Tc هستند. معادلات حاکم بر مسئله بر حسب متغیرهای اصلی، به روش عددی حجم محدود حل شدند. ارتباط میدان های سرعت و فشار با استفاده از الگوریتم سیمپلر برقرار شده است. با استفاده از برنامه کامپیوتری حاضر، آثار پارامترهای موثر شامل طول و محل پره، نسبت طول و عرض محفظه، عدد رایلی و عدد پرانتل بر میدان جریان و انتقال حرارت در داخل محفظه، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که برای یک محفظه حاوی آب و در اعداد رایلی بالا، قرار دادن یک پره با طول حداکثر در وسط دیواره سرد، اثر قابل توجهی بر میزان انتقال حرارت دارد. همچنین دیده شد که در مقادیر پایین عدد رایلی، اثر پره بر میزان انتقال حرارت داخل محفظه برای اعداد پرانتل پایین، بیشتر از پرانتل های بالاست. علاوه بر این، آثار پره در محفظه های عریض تر بیشتر است
    کلیدواژگان: جابجایی آزاد، محفظه مستطیلی، شبیه سازی عددی، پره نازک، عدد پرانتل
|
  • Seyed Abbas Taher, Shahabedin Akbari, Seyed Mohammad Hosseini Pages 2-11
    This paper presents robust controller design for a wind-driven induction generator system using structured singular value (-synthesis) method. The controller was designed for a static synchronous compensator (STATCOM) and a variable blade pitch angle in a wind energy conversion system (WECS) in order to achieve the required voltage and mechanical power control. The results indicated that this controller offers satisfactory damping characteristics for closed loop systems. Effects of various system disturbances on dynamic performance of the WECS were evaluated in this study by a time domain nonlinear simulation and compared with the output feedback controller. The proposed designed controller showed to be more effective in regulating the load voltage and stabilizing the generator rotating speed for WECS.
    Keywords: Induction generator, Static synchronous compensator, Wind energy conversion system, Robust controller, Structured singular value
  • Pouyan Talebizadeh, Professor Mozaffar Ali Mehrabian, Dr Morteza Abdolzadeh Pages 12-23
    In this paper the daily، monthly، seasonally، and yearly optimum slope angles of solar collectors are determined for areas in Iran and new models are developed to calculate the monthly، seasonally، and yearly optimum slope angles for latitudes of to north. To achieve this purpose، the slope and surface azimuth angles of solar collectors for receiving maximum solar radiation were determined in some Iranian cities in different days، months، seasons، and the whole year employing different models. According to the optimum slope angles predicted in this paper and using the optimum slope angles achieved by other researchers at locations out of Iran but in the same range of latitudes، the models are obtained. The outcome of this research is that the optimum slope angle of flat solar collectors has a linear relationship with the latitude of the site.
    Keywords: Maximum solar energy, Optimum slope angle, Azimuth angle, Solar collector, New models
  • Farzad Mohammadkhani, Shahram Khalilarya, Iraj Mirzaee Pages 24-31
    In this article، the first and second law analysis of diesel engine based cogeneration system was performed. Fuel utilization efficiency، rate of power، and rate of process heat of the plant were determined and various efficiencies based on both energy and exergy methods and the performance assessment parameters are defined for both the system components and the entire cogeneration plant. The objectives of this study are to calculate the exergy destruction within the plant and exergy loss to the environment and apply the performance assessment parameters to the components and entire cogeneration plant. The system under survey in this work was a diesel engine based cogeneration system that produces 250 kW of electricity and increases the temperature of water from 80 ºC to 120 ºC at 2 bar and 1. 75 kg/s. The analysis showed that the least efficient component in the system is diesel engine with the exergetic efficiency of 39. 31%. Also، fuel utilization efficiency of the overall plant was found to be 90. 47% and the exergetic efficiency was 51. 08%.
    Keywords: Energy, Exergy, Efficiency, Diesel engine, Cogeneration
  • Pages 32-39
    Making potable water through desalination plants is a very important process in Iran where clean water is highly required. On the other hand، large amount of fossil fuel sources leads to the development of gas turbine power plants all over the country. Furthermore، Persian Gulf in the south and Caspian Sea in the north could be the main sources for supplying potable water in water scarcity areas، especially in the south. Dual-purpose plants are the ones that supply heat for a thermal desalination unit and produce electricity for distribution to the electrical grid. In this paper a gas turbine power plant was combined with a multi stage flash desalination system. Then، energy and exergy analysis for desalination plant، power generation cycle، heat recovery steam generator (HRSG)، and combined power and water cycle were developed. Results showed that by increasing the number of desalination effect، performance ratio، exergetic efficiency، and specific heat transfer area steadily increase. Additionally، the sensitivity analysis showed the relationship between the parameters that are not known precisely or difficult to foresee such as steam pressure of HRSG and compression ratio on the performance parameters of dual purpose plant.
    Keywords: Power plant, Multi stage flash desalination, Heat recovery steam generation, Co, generation, Exergy analysis
  • Aghil Iranmanesh, Mozaafarali Mehrabian Pages 40-47
    This paper deals with a lumped-parameter dynamic simulation of a single-effect LiBr-H2O absorption chiller. In many studies the thermodynamic properties of LiBr-H2O solution were taken from some approximate relations causing the results to be somewhat inaccurate. These relations were used to solve simultaneous differential equations involving the continuity of species constituting the LiBr-H2O solution، momentum equations، and energy balances. To diminish the effect of these approximate relations on the results، in this study the thermodynamic properties were taken from the EES software. By making a link between EES and MATLAB softwares، the simultaneous differential equations were solved in MATLAB environment and this process was continued until the convergence criterion was satisfied. Moreover، this study considers the effect of quality on the concentration of solution at the exits of generator and absorber. This effect was ignored in the previous works. In other words، the concentrations of solution at the generator and absorber were not assumed to be equal to the corresponding concentration at the exit of those components in this model. Furthermore، a transient analysis of exergy is accomplished. As time passes، both the coefficient of performance and exergetic efficiency decrease، approaching the steady-state values. The results deduced from the dynamic simulation are compared with those in steady-state condition. The comparison shows that the transient simulation predictions are in close agreement with steady-state results.
    Keywords: Absorption chillers, LiBr, H2O, Single, effect, Transient behavior
  • Pages 48-57
    A non-premixed coaxial oxy-fuel turbulent flame was studied numerically with standard and realizable k-ε turbulence model and a comparison was made between them. The governing equations were solved by finite volume approach and were discretized using the second order upwind scheme. The presumed β-PDF model was applied to model turbulence-combustion interaction. The discrete ordinate radiation heat transfer method was also used. Comparison of numerical and experimental data showed that the realizable model has a better prediction of the axial velocity and NO concentration than that of the standard model.
    Keywords: Oxy, fuel flame, Turbulence model, PDF model, Numerical simulation, NOx pollutant
  • Pages 58-69
    The natural convection in differentially heated rectangular cavities with a fin attached to the cold wall was investigated numerically. The top and the bottom horizontal walls of the cavities were insulated while their left and the right vertical walls were maintained at a constant temperature Th and Tc، respectively with Th > Tc. The governing equations written in terms of the primitive variables were solved numerically using the finite volume method while the velocity and pressure fields were coupled using the SIMPLER algorithm. Using the developed code effects of pertinent parameters such as length and location of fin، aspect ratio of the enclosure، Rayleigh number، and Prandtl number on heat transfer and fluid flow in the enclosure were investigated. The results showed that for the cavity filled with water، at high Rayleigh numbers، a longer fin placing at the middle of the right wall has more remarkable effect on the heat transfer inside the cavity. Also، it was observed that at low Rayleigh numbers، the effect of fin on heat transfer enhancement in low Prandtl numbers is more than that in high Prandtl numbers. Moreover، it was found that the fin has more effect for narrow enclosures.
    Keywords: Free Convection, Rectangular Cavity, Numerical Simulation, Thin Fin, Prandtl number