فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال سوم شماره 1 (پیاپی 7، بهار 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/04/24
  • تعداد عناوین: 6
|
  • امیر امینی، حمید فلقی، مریم رمضانی صفحات 2-15
    در توزیع اقتصادی بار که یکی از مسائل مهم در بهره برداری از سیستم های قدرت محسوب می شود، میزان تولید هر نیروگاه به منظور تامین بار سیستم با هدف کمینه سازی هزینه سوخت تعیین می شود. در سال های اخیر با توجه به نگرانی روزافزون از افزایش آلاینده های زیست محیطی ناشی از نیروگاه های فسیلی، مسئله توزیع اقتصادی بار با در نظر گرفتن آلودگی نیروگاه ها مطرح شده است که در آن، هزینه تولید و آلودگی به صورت هم زمان کمینه می شوند. در این مقاله، برای در نظر گرفتن ملاحظات زیست محیطی در مسئله توزیع اقتصادی بار، توابع هزینه سوخت و میزان آلودگی نیروگاه ها با یکدیگر ترکیب شده است. علاوه بر این برای در نظر گرفتن شرایط واقعی، تلفات شبکه انتقال نیز در مدل سازی لحاظ شده است. برای حل مسئله از روش بهینه سازی جدیدی مبتنی بر جهش قورباغه که از سرعت و دقت بالایی برخوردار است، استفاده شده است. به منظور بررسی کارآیی روش پیشنهادی، مسئله برای دو سیستم 6 و 11 ژنراتوری، پیاده سازی و نتایج با دیگر روش ها مقایسه شده است. نتایج مطالعات عددی، برتری روش پیشنهادی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: الگوریتم جهش قورباغه اصلاح شده، بهره برداری از سیستم قدرت، بهینه سازی، توزیع اقتصادی، زیست محیطی بار
  • جاماسب پیرکندی، مجید قاسمی صفحات 16-29
    هدف از این مقاله، مدل سازی الکتروشیمیایی و اقتصادی توده یک پیل سوختی اکسید جامد لوله ای می باشد. برای انجام این تحقیق، ابتدا یک مدل الکتروشیمیایی کامل برای تک سل پیل سوختی ارائه شده و سپس افت های مربوط به فعال سازی، اهمی و غلظتی آن به دست آورده شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش دما و فشار کاری پیل، افت ولتاژ کلی کمتر شده و عملکرد آن بهبود می یابد. از سوی دیگر، افزایش دمای کاری پیل باعث افزایش راندمان الکتریکی و کاهش راندمان حرارتی در آن می شود، این در حالی است که افزایش فشار کاری پیل تاثیر زیادی بر راندمان الکتریکی آن نخواهد داشت. در این تحقیق، برای توده پیل سوختی اکسید جامد لوله ای در دمای کاری K 1273، ضریب بهینه مصرف سوخت حدود 8/0 تا 85/0 و نسبت هوا به سوخت ورودی به آن برابر 8 به دست آمده است. نتایج تحلیل های اقتصادی نیز نشان می دهد که افزایش دمای کاری پیل، سبب بالا رفتن توان تولیدی در آن می گردد و این مسئله سبب کاهش قیمت برق تولیدی و همچنین سایر هزینه های مربوط به خرید، نصب و راه اندازی سیستم می شود. در دمای K 1273 قیمت برق تولیدی در حدود 14 سنت و هزینه یک مجموعه تولید توان با مولد پیل سوختی در حدود 1900 دلار بر کیلووات برآورد شده است.
    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد لوله ای، مدل الکتروشیمیایی، سیستم تولید توان
  • مهدی مهدوی خواه، حمید نیازمند صفحات 30-39
    استفاده از منابع حرارتی به جای انرژی الکتریکی برای تولید سرمایش، مبحثی مهم در صنعت تبرید است. چیلرهای جذب سطحی، توانایی استفاده از منابع حرارتی با بازه دمایی گسترده را دارند و در بازیابی انرژی حرارتی در حال هدر رفتن بسیار کارآمد می باشند. چرخه جذب سطحی بر اساس جذب و احیای یک ماده جذب شونده در مواد جاذب که ذرات جامد متخلخل اند، کار می کند. در این مقاله، تاثیر دمای آب گرم ورودی بر عملکرد چیلر جذب سطحی سیلیکاژل آب به وسیله مدل سازی عددی بررسی شده است. مدل سازی شامل انتقال حرارت در سیال حرارتی، لوله فلزی و پره ها و انتقال حرارت و جرم در بستر مواد جاذب است که باید به صورت هم زمان حل شوند. نتایج عددی نشان می دهد زمان چرخه با افزایش دمای آب گرم ورودی کاهش می یابد. ضریب عملکرد در دمای 50 تا 70 درجه سلسیوس با شیب زیادی افزایش می یابد و در 100 درجه سلسیوس به مقدار 74/0 می رسد، اما ظرفیت سرمایش مخصوص به صورت تقریبا خطی با افزایش دمای آب گرم ورودی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: مدل سازی، چیلر جذب سطحی، سیلیکاژل، دمای آب گرم
  • حسین خراسانی زاده، علیرضا آقایی، حمیدرضا احترام، آناهیتا عظیمی صفحات 40-51
    در این تحقیق، بر اساس داده های تجربی ابتدا تحلیل اگزرژی یک کلکتور خورشیدی صفحه تخت در یک مدار بسته انجام شده و اثر استفاده از بازتابنده های بالایی، پایینی و کناری و همچنین کاربرد هم زمان آن ها با عدسی ها بررسی شده است، سپس بر اساس یک مدل ریاضی به بهینه سازی اگزرژی در همه وضعیت ها پرداخته شده است. بر خلاف کارهایی که تاکنون انجام شده، در مطالعه حاضر ضریب افت کلی از کلکتور ثابت فرض نشده، دمای سیال ورودی به کلکتور با دمای محیط یکسان در نظر گرفته نشده و از نتایج واقعی آزمایش ها استفاده شده است. بهینه سازی اگزرژی با بررسی تاثیر تغییر دبی و دمای سیال ورودی به کلکتور، دمای محیط، بازده اپتیکی، شار تشعشع خورشیدی ورودی و سطح کلکتور انجام شده است. نتایج نشان دادند که در کلیه وضعیت ها، بازده اگزرژی با افزایش شار خورشیدی و بازده اپتیکی افزایش می یابد، ولی با افزایش دمای محیط کاهش می یابد. همچنین در هر وضعیت، دبی و دمای سیال ورودی بهینه ای وجود دارد که به ازای آن بازده اگزرژی بیشینه می شود. کاربرد بازتابنده ها به تنهایی و بازتابنده ها به همراه عدسی ها موجب بهبود بازده اگزرژی کلکتور نسبت به حالت مرجع می شود، اما استفاده تنها از بازتابنده ها از لحاظ بازده اگزرژی از سایر وضعیت ها بهتر است.
    کلیدواژگان: انرژی خورشیدی، اگزرژی، بهینه سازی، بازتابنده و عدسی، کلکتور خورشیدی صفحه تخت
  • هادی پاسدار شهری، قاسم حیدری نژاد، کیومرث مظاهری صفحات 52-61
    در این مقاله، مدل های زیرشبکه اسماگورینسکی و یک معادله ای ساده در روش شبیه سازی گردابه های بزرگ برای مدل سازی آتش استخری، در مقیاس بزرگ مقایسه شده اند. شبیه سازی برای آتش استخری متان با قطر سوخت ورودی یک متر و حرارت آزاد شده 07/2 مگاوات صورت گرفته است. بر اساس مدل کسر مخلوط و واکنش تک مرحله ای، تغییرات لحظه ای سرعت عمودی و متوسط سرعت های عمودی، افقی و انرژی جنبشی اغتشاشی محاسبه و با مقادیر تجربی موجود مقایسه شده اند. مدل یک معادله ای و اسماگورینسکی، میزان تغییرات سرعت عمودی را به ترتیب با 7 و 12 درصد اختلاف نسبت به نتایج تجربی، تخمین می زنند. مدل یک معادله ای به دلیل حل معادله اضافی انرژی جنبشی، حدود 16 درصد بیشتر از مدل اسماگورینسکی زمان حل دارد. هر دو مدل مقادیر متوسط سرعت عمودی و افقی را با دقت قابل قبولی برآورد می کنند. اختلاف مدل یک معادله ای در تخمین سرعت افقی و عمودی با مدل اسماگورینسکی در حدود 4 و 5 درصد است. در مواردی که رفتار نوسانی جریان مورد نظر باشد، مدل یک معادله ای مناسب تر است، اما در مواردی که مقادیر متوسط جریان اهمیت دارد، گرچه مدل یک معادله ای دقت بالاتری در بیشتر نقاط میدان حل ارائه می دهد، ولی به دلیل افزایش زمان محاسباتی، استفاده از مدل اسماگورینسکی قابل قبول است.
    کلیدواژگان: آتش استخری، شبیه سازی گردابه های بزرگ، مدل زیرشبکه اسماگورینسکی، مدل زیرشبکه تک معادله ای
  • مهدی صحرانورد، شهرام خلیل آریا صفحات 62-73
    در این مقاله، رفتار انتقال حرارت، در جریان سیال مابین فضای دو مخروط ناقص، با مخروط داخلی دوار در شار حرارتی ثابت و مخروط خارجی ساکن در محیط، مطالعه شده است. با شبیه سازی عددی معادلات حاکم، خصوصیات جریان و مکانیزم انتقال حرارت، در سیال موجود در هندسه بررسی شده است. بی ثباتی بر اثر سرعت چرخش بالا، این گونه جریان را به شدت آشفته می کند و به تبع آن، چالشی برای شبیه سازی چنین سیستم هایی به وجود می آید. در حال حاضر، با به کارگیری اصول دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) بینش نسبتا دقیقی از این نوع جریان، فراهم می شود که در مقایسه با مطالعات تجربی ارزان تر و سریع تر بوده و در نتیجه به مهندسان اجازه می دهد تا به سرعت، طراحی ماشین آلات دوار را بهبود بخشند، لذا معادلات حاکم و شبیه سازی عددی مسئله با استفاده از برنامه تجاری CFD حل شده و نتایج حاصل از بررسی و آثار پارامترهای مختلف بر انتقال حرارت در جریان سیال مطالعه شده است. از جمله این پارامترها می توان به عدد ناسلت شعاعی متوسط که با اعداد رینولدز محوری و دورانی، در عدد پرانتل پایین مقایسه شده، اشاره کرد. محدوده تغییرات اعداد رینولدز محوری 30 تا 1200 و محدوده تغییرات اعداد رینولدز دورانی 30 تا 2922 می باشند. در نهایت، تاثیر دوران بر انتقال حرارت به دست آمده و بحث شده است.
    کلیدواژگان: مخروط ناقص، فاصله، دوران، جریان تیلور کوئت
|
  • Amir Amini, Hamid Falaghi, Maryam Ramezani Pages 2-15
    Economic dispatch (ED) is one of the most important issues in power system operation. The main objective of ED is to determine each power plant generation in order to minimize the total operation cost while satisfying demand and generation constraints. In recent years، due to increasing environmental concerns and regarding to the role of pollution produced by fossil-fuelled power plants، environmental economic dispatch (EED) problem has been introduced، that minimizes operation cost and emission of power plants، simultaneously. In this paper، the economic and emission objectives are combined using pollution penalty factor and the problem is modeled as a single objective optimization problem. To solve this problem، an accurate and fast meta-heuristic optimization algorithm called modified shuffled frog leaping is employed and applied. To demonstrate the efficiency of the proposed algorithm، it is tested on 6 and 11 unit test systems and the obtained results are compared with those of other existing methods. The results show the superiority of the proposed approach.
    Keywords: Environmental economic dispatch, Modified shuffled frog leaping algorithm, Optimization, Power system operation
  • Jamasb Pirkandi, Majid Ghassemi Pages 16-29
    The goal of this article is to present electrochemical and economic models for a tubular solid oxide fuel cell stack. To carry out this research، first، a complete electrochemical model has been employed for a single cell of the fuel cell stack، and then its activation، ohmic and concentration losses have been obtained. The results show that with the increase of the working temperature and pressure of the fuel cell، the overall voltage loss diminishes and the cell’s performance improves. On the other hand، the rise of the cell’s working temperature leads to the increase of electrical efficiency and the reduction of thermal efficiency in the cell; while the increase of the cell’s working pressure doesn’t have much effect on its electrical efficiency. In this research، for the tubular solid oxide fuel cell stack at the working temperature of 1273 K، an optimal fuel utilization coefficient of about 0. 8-0. 85 and an inflow air-to-fuel ratio of 8. 0 have been obtained. The results of economic analyses indicate that the rise in the cell’s working temperature causes the power generation capacity of the cell to increase، which reduces the price of the generated electricity as well as the costs associated with the purchase، installation and startup of the system. At the working temperature of 1273 K، the price of the generated electricity and the cost of a power generation unit with fuel cell generator have been estimated as 14 cents per kW and 1900 dollars per kW، respectively.
    Keywords: Tubular solid oxide fuel cell, Electrochemical modeling, Lazaretto's economic model, Efficiency
  • Mahdi Mahdavikhah, Hamid Niazmand Pages 30-39
    The application of heat sources as an alternative to the electric energy has been an important issue in the refrigeration technology. Adsorption chillers are capable of employing heat sources in wide-range temperature and recovering low-grade waste energy. The adsorption cycle is working on the basis of adsorption and desorption processes of a refrigerant in porous media. In this study، a numerical model is developed to investigate the effect of heating water temperature on the performance of silica gel/water adsorption chiller. The simulation consists of solving heat transfer equations for fins، metal tube and thermal fluid along with the heat and mass transfer equations for an adsorbent bed simultaneously. The numerical results show that the cycle time reduces with the increase in heating water temperature. Coefficient of performance increases sharply with the increase in heating water temperature at temperature of 50-70 ºC and reach to 0. 74 for temperature of 100 ºC while the specific cooling power increases almost linearly with the increase in heating water temperature.
    Keywords: Modeling, Adsorption chiller, Silica gel, Heating water temperature
  • Pages 40-51
    In this study، exergy analysis of a flat plat solar collector in a closed circuit has been performed using existing experimental data and the effects of utilization of the collector with upper، lower and side reflectors alone and together with lenses on exergy efficiency have been considered. Then، based on a mathematical model، optimization analysis has been performed. Unlike the past studies، the collector overall heat loss coefficient is not constant and the fluid inlet temperature to the collector is not the same as the ambient temperature; instead the experimental results are used. The optimization analysis has been undertaken by studying the effects of the fluid inlet temperature and flow rate، ambient temperature، optical efficiency، solar radiation flux and collector area. The results show that exergy efficiency increases always with increasing solar radiation flux as well as optical efficiency، but decreases with increased ambient temperature. For every condition there are an optimum flow rate and inlet temperature for which the exergy efficiency becomes optimum. Utilization of the collector with reflectors and reflectors-lenses improves the collector exergy efficiency، but using reflectors alone is better.
    Keywords: Solar energy, Exergy, Optimization, Reflectors, lens, Flat plate solar collector
  • Hadi Pasdarshahri, Ghassem Heidarinejad, Kiumars Mazaheri Pages 52-61
    The Smagorinsky and One-Equation sub-grid scales (SGS) for modeling of large scale pool fire using Large Eddy Simulation (LES) has been used and compared. The fire heat release rate was 2. 07 MWatt and the fuel was Methane. Based on the mixture fraction approach and infinity fast chemistry assumption، the mean velocity profile and turbulence kinetic energy are calculated and compared against experimental measurements. The predicted time-averaged velocity is in good agreement with the experimental data. The computed velocity time history is better predicted using One-Equation SGS model than Smagorinsky SGS model at about 5 percent. The computational time of One-Equation is about 16 percent higher than Smagorinsky for the test case. The difference between time-averaged vertical and horizontal velocity are about 4 and 5 percent. In the area where the pulsating behaviour of the fire is important، the One-Equation model is recommended. For the one which averaged values are dominated، Smagorinsky SGS recommend reasonable results.
    Keywords: Pool fire, Large eddy simulation, One, equation SGS model, Smagorinsky SGS model
  • Mehdi Sahranavard, Shahram Khalilarya Pages 62-73
    The behavior of the flow between two coaxial conical cylinders with the inner one rotating and the outer one stationary is studied numerically. The angular velocity of the inner cone cylinder was raised step by step from the rest until reaching its final speed. In this work we first present a numerical simulation of the flow characteristics and the heat transfer mechanism of a fluid in the space between the two incomplete coaxial rotating cones. The problem is studied when the heated inner wall which rotates around the common axis with constant angular velocity and outer wall is at rest in the constant temperature، endplates are assumed adiabatic. The unsteadiness and the rotational speeds of such flows make them highly turbulent and thus challenging to predict by numerical simulations. Computational Fluid Dynamics (CFD) provides detailed insight for these types of flows، at a cheaper cost than experimental studies، thus allowing engineers to quickly improve the design of rotating machines. Governing equation and numerical simulation of the problem are carried out by using the commercial CFD code and the effects of the different parameters on the heat transfer and flow are considered. This condition such as local and average radial Nusselt number is computed with axial and rotational Reynolds numbers in low Prandtl number (Pr). The axial Reynolds numbers is 30-1200 and rotational Reynolds numbers are 30-2922.
    Keywords: Imperfect cone, Gap, Rotating, Taylor, Couette flow