مجله اینترنتی دیتاسرا
امروز چهارشنبه ۲۶ مهر ۱۳۹۶

توسعه روش طراحی و بهینه‌سازی پارامترهای عملکردی و هندسی بویلر بازیاب حرارتی با سه سطح فشار با بکارگیری تئوری ساختاری

چکیده



طراحی بهینه و بهبود عملکرد مولدهای بخار بازیاب حرارتی تأثیر قابل توجهی بر بازدهی حرارتی نیروگاه های سیکل ترکیبی دارند. بنابراین، مولد بخار بازیاب حرارتی باید به گونه ای طراحی شود که میزان بازیابی حرارتی را بیشینه نموده و عملکرد کل نیروگاه را بهبود بخشد. در این مقاله، یک روش طراحی و بهینه سازی مولد بخار بازیاب حرارتی با سه سطح فشار پیشنهاد شده است. در این مدل، بهینه سازیِ همزمانِ پارامترهای عملکردی و هندسی جهت طراحی مولد بخار بازیاب حرارتی بوسیله تئوری ساختاری ارائه گردیده و حداقل سازی تولید انتروپی کل سیستم به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده است. همچنین، پارامترهای بهینه در مولد بخار بازیاب حرارتی با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک با قید غیرخطی حجم ثابت بدست آمده اند. حجم بهینه کل با تبدیل اتلاف اگزرژی به هزینه تولید انتروپی و همچنین درنظر گرفتن هزینه سرمایه گذاری و اثرمتقابل بین آن ها بدست می آید. علاوه بر این، نسبت ابعاد هر یک از بخش ها، سطح انتقال حرارت برای هریک از اجزای مولد بخار بازیاب حرارتی و خواص ترمودینامیکی پارامترهای اصلی از ساختار جریان هستند که توسط طراحی ساختاری بدست می آیند. علاوه بر این، تأثیر تغییر در دما و دبی گاز بر حجم بهینه و همچنین بر میزان توان و بخار تولیدی نیز بررسی شده است.


مشخصات

مشخصات

توسط: مرتضی مهرگو؛ متین کرباسیون؛ مجید عمید پور مجله: مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس سال انتشار: 1396 شمسی تعداد صفحات: 11 درج در دیتاسرا: ۱۳۹۶/۴/۱ منبع: دیتاسرا

خرید محصول

خرید محصول

عنوان: توسعه روش طراحی و بهینه‌سازی پارامترهای عملکردی و هندسی بویلر بازیاب حرارتی با سه سطح فشار با بکارگیری تئوری ساختاری حجم: 1.39 مگابایت فرمت فایل: pdf قیمت: 1200 تومان رمز فایل (در صورت نیاز): www.datasara.com

فرمت ایمیل صحیح نمی باشد.

گروه نرم افزاری دیتاسرا www.datasara.com

نمای مطلب

توسعه روش طراحی و بهینهسازی پارامترهای عملکردی و هندسی بویلر بازیاب حرارتی با سه سطح فشار با بکارگیری تئوری ساختاری



مقدمه



در طول ده سال گذشته  نگرانیهای زیادی بابت کاهش سوختهای فسیلی بهوجود آمده است و از طرفی سوختهای جایگزین مانند استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر از دیدگاه اقتصادی هزینه بیشتری نسبت به سوختهای فسیلی دارند  بنابراین استفاده بهینه از سوختهای فسیلی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار شده است  مولد بخار بازیاب حرارتی را میتوان تقریبآ در بسیاری از فرآیندهای صنایع شیمیایی یافت که این سیستمها میتوانند در هر دو حالت تولید همزمان و سیکل ترکیبی بهکار گرفته شوند  مولد بازیاب بخش عمدهای از سیستمهای تولید بخار را تشکیل میدهد و اتصال بین سیکل توربین گاز در بالا و سیکل توربین بخار در پایین را فراهم میکند  بنابراین  هر تغییری در طراحی سیستم مولد بازیاب تاثیر مستقیمی بر بازدهی  تولید توان  هزینه کل و باقی متغیرهای سیکل میگذارد  همانطور که توضیح داده شده است  مولد بازیاب تقریبآ مهمترین وسیله در نیروگاههای سیکل ترکیبی است که برای دستیابی به بیشترین بازیابی حرارتی و بهبود عملکرد کلی سیکل ترکیبی باید با دقت طراحی گردد  علاوه بر این  در برخی کاربردهای مولد بازیاب  مجم ابعاد مولد بازیاب  حجم کل  مهمترین قید در طراحی بهینه واحدهایی نظیر کشتیها و ساختمانها میباشد  مطالعاتی که بر روی سیکلهای ترکیبی و مولد بخار بازیاب حرارتی انجام شده است  بیشتر در زمینهی سنجش عملکرد و بهبود بازدهی متمرکز هستند  فرانکو و همکاران     مولد بخار بازیاب حرارتی با دو و سه سطح فشار را بهمنظور ترکیب با دو نوع توربین گاز بهینهسازی نمودند و نشان دادند که دستیابی به بازدهی   درصدی با بهینهسازی سیکل ممکن میباشد  کاساروسا و همکاران     دو تابع هدف را بررسی نمودند و نشان دادند که بازدهی یکک سیکل ترکیبی به شدت به انطباق بهینه اجزای آن وابسته است  دو تابع هدف شامل بهینهسازی ترمودینامیکی بر پایه کمینه کردن اتلاف اگزرژی و دیگری بهینهسازی ترمواکونومیکی بر پایه کمینه کردن هزینه کل مولد بخار بازیاب حرارتی مورد بررسی قرار گرفت  بهینهسازی با هدف دستیابی به بازده  درصدی بدون افزایش عملکرد توربین گاز انجام گرفته است  نیروگاههای سیکل ترکیبی تولید همزمان برق حرارت و سرمایش با فشار دوگانه و سهگانه توسط بازیلی مدلسازی شده است   تغییر حداقل اختلاف دمای نقطه   اختلاف دمای بین آب اشباع و خروجی اکونومایزر  دما و فشار توربینهای بخار  دمای گاز خروجی به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شدهاند  جانینی و همکاران  و  روشی برای بهدست آوردن طراحی بهینه مولد بخار بازیاب حرارتی برای سیکلهای ترکیبی ارائه نمودهاند  در این مطالعه طراحی دقیقی از متغیرهای هندسی مربوط به مقاطع انتقال حرارت  پارامترهای اصلی عملیاتی برای مولد بازیاب در جهت به حداقل رساندن افت فشار در عناصر مولد بخار بازیاب حرارتی بهدست آمده است  بوچر و همکاران     تاثیرات اختلاف وضعیت عملکردی نظیر ترکیبات گاز  حرارت ویژه  نقطه پینچ و دمای گاز ورودی بر عملکرد مولد بخار بازیاب حرارتی را بررسی کردهاند  آنها نشان دادهاند که بازدهی انرژی و اگزرژی یک نیروگاه بثعدیدآ به ترکیبات گاز خروجی  حرارت ویژه و نقطه پینچ وابسته است  گو و همکاران   پسماند حرارتی سیستمهای تولید توان را بر پایه قانون اول  تولیدد انتروپی قانون دوم ترمودینامیک و بازدهی مورد تحلیل قرار دادهاند  همچنین چگونگی اثرگذاری برخی پارامترهای عملکردی نظیر بازدهی اگزرژی توربین و عملکرد پمپ که میتوانند بر عملکرد کل واحد اثر داشته باشند  مورد بررسی قرار دادهاند  هر چند  خروج اگزرژی به جو را در نظر نگرفتهاند  احمدی و همکاران  بهینهسازی اگزرژی  محیط زیستی یک سیستم تولید همزمان را انجام دادهاند  آنها نشان دادند که کاهش باز گشتناپذیری در مولد بخار بازیاب حرارتی  بازدهی بخار سیکل را بهدلیل افزایش دمای بخار تولید شده افزایش می دهد  مناسالدی و همکاران  و  یک برنامه مدل غیرخطی برای بیشینهکردن توان خالص تولیدی  حداکثرسازی توان خالص و حداقل کردن وزن مواد و در نهایت بیشینه کردن مجم حرارت انتقال یافته پیشنهاد دادهاند  ساراپهلوکسی و همکاران  بهینهسازی ترمواکونومیک برای چند نوع مولد بخار بازیاب حرارتی سازگار با سه ک توربین گاز را انجام دادهاند و اثرگذاری قیمت سوخت و فاکتور ظرفیت بر قیمت برق را بررسی کردهاند  هدف اصلی مولد بخار بازیاب گرم کردن بخار آب در فشردهترین فضای ممکن است  فشردگیا در واقع به معنای حجم کمتر  وزن و هزینه تولید  حمل و نقل  مونتاژ کردن و تعمیرات کمتر میباشد  همچنین بهبود عملکرد ترمودینامیکی نیز با توجه به قید محدودیت اندازهها بهدست میآید        مرور مطالعات گذشته که در بخش قبل توضیح داده شد  نشان میدهد که توجه بسیار محدودی به طراحی هندسی مولد بازیاب شده است  از طرف دیگرر  تئوری ساختاری در سال  توسط بجان٢ مطرح گردید  تمرکز و توجه اصلی این تئوری روی تولید ساختار جریان  هندسه  میباشد       براساس تئوری ساختاری  اصولی که ساختارهای هندسی را تولیدد میکند یا اصول طراحی  قانون ساختاری نامیده میشود که به شرح این است:   برای یک سیستم جریانی با اندازه محدود که در طول زمان بقا دارد  ساختار و پیکرهبندی آن باید طوری در طول زمان تغییر کند که ساختار و هندسه آن بیشترین افزایش دسترسی  راحتترین راه دسترسی  برای جریانهایی که در آن جریان دارند  مانند سیال  حرارت  اگزرژی و غیره  بهوجود آورد         براساس اینن تئوری سیستمها بدون هدف نیستند بلکه آنها دارای اهداف٤ و وظایفی  برای به انجام رساندن میباشند  اهداف و محدودیتها٦  به همراه قوانین فیزیکی در کنار هم  مانند انگشتان دستی است که سیستمم نهایی را شکل میدهند  بنابراین  زمانیکه به هندسه یک سیستم آزادی تغییر و تکامل داده میشود ساختار آن تغییر میکند و نتیجهی آن درنهایت ساختاری است که تضمین میکند عملکرد کل سیستم بیشینه میگردد  قانون ساختاری میتواند برای هر سیستمی بهکار گرفته شود       تئوری ساختاری در بسیاری از مسائل مهندسی و فیزیکی در راستای بهینهسازی شکل و ساختار اعمال شده است       گسترشش تحقیقات و پژوهشهای مهندسی نشان میدهد که تئوری ساختاری در بسیاری از موضوعات مختلف  بویلر مولد بخار       طراحی سیستمهای انرژی خورشیدی برای ساختمانها  متصلکردن پرههای حرارتی          طراحی محیط متخلخل برای انتقال حرارت       طراحی و بهبود عملکرد انواع مختلف مبدلهای حرارتی  اعمال شده است  علاوه بر این  طراحی ساختاری میتواند ساختارها و چیدمانهای فیزیکی تمامی سیستمهای مهندسی و اجزای آنها را در نظر بگیرد و به طراح اجازه دهد تا تمامی چیدمانهای ممکن و در رقابت با یکدیگر را بررسی کرده و بهترین را انتخاب نماید  بنابراین  این روش طراحی ساختاری میتواند جهت توسعه روشها و ایدههای طراحی جدید برای سیستمهای بازیابی حرارتی مورد استفاده قرار گیرد  در این مقاله  یک روش جدید برای طراحی مفهومی و بهبودد عملکرد یک مولد بخار بازیاب حرارتی با سه سطح فشار در نیروگاهها معرفی گردیده است  رویکرد این مقاله بر پایه تئوری ساختاری میباشد و تمرکز اصلی آن بر چیدمان فیزیکی  ساختار هندسی  بینن جریانهای گاز گرم و سیال عامل  بخار  در چرخه نیروگاه میباشد  این روش در واقع جستجو در جهت یافتن ساختارهای بهتر  چیدمان  جریان میباشد که بتوانند عملکرد بالاتری برای مولد بخار بازیاب حرارتی به ارمغان بیاورند  در سطح تماس ١ بین گازهای داغ و بخار  بهترین اختصاص٢ میزان سطوح انتقال حرارت به سوپرهیترها  اواپراتورها و اکونومایزرها تحت قید حجم ثابت بهگونهای بهدست میآیند که تولید انتروپی کل در مولد بخار بازیاب حرارتی با سه سطح فشار کمینه شود  تمرکز اصلی این مطالعه بر روی مدلسازی ریاضی و بهینه سازی ساختار هندسی یک واحد مولد بخار بازیاب حرارتی سه فشاره بوسیله تئوری ساختاری و بهکارگیری روش الگوریتم ژنتیک با قید حجم کل ثابت است  حجم بهینه کل  نسبت ابعاد یک واحد به ابعاد کل برای هر یک از اجزای مولد بخار بازیابب حرارتی  نرخ تولید بخار و خواص ترمودینامیکی ویژگیهای اصلی هندسی و ساختار جریان هستند که توسط طراحی ساختاری بدست میآیند  مهمترین وجه تمایز این مقاله ارائه روشی جدید جهت طراحی و بهینهسازی مولد بازیاب حرارتی با سه سطح فشار است بگونهای که نمودار کل   مربوط به گاز و بخار در این روش بهدست آورده میشود و مانند بقیه روشهای ارائه شده در مقالات فرض نمیگردد  به عنوان مثال در بسیاری از پژوهشهای انجام شده روی مولد بازیاب حرارتی  مانند مرجع  ‌‌  ابتدا نمودار فرض میگردد و بدون توجه به ساختار و چیدمان هندسی بهینهسازی انجام میگیرد و سطوح انتقال حرارت بهدست میآیند  سپس در مرحلهای جداگانه  ساختار هندسی بهینه میگردد  درحالیکه در این روش  بهینهسازی عملکردی و هندسی بهطور همزمان انجام میشود  همچنین در این روش پارامترهای هندسی در کنار پارامترهای طراحی ترمودینامیکی مانند دبی و دمای خروجی بخار و همچنین سطوح فشار بهینهسازی میشوند که باعث دقتیقتربودن و کوتاهتر شدن محاسبات میشود  علاوه براین قید حجم ثابت در واقع باعث محدود شدن میزان هزینه سرمایهگذاری شده و لذا بهگونهای روشی نوین در طراحی محسوب میگردد که میتواند همانند روشهایی مانند ترمواکونومیک در طراحی و بهینهسازی سیبببتواکا مهندسی استفاده گردد     مدل مسئله کمینه کردن اتلاف اگزرژی٣  حداقلسازی تولید انتروپی  روشی قابل اعتماد در راستای تحلیل و سنجش کیفیت یک مولد بازیاب بخار است و این تضمین راا میدهد که سیستم مولد بخار بازیاب حرارتی با بازدهی بهتری عمل میکند  در این روش طراحی  فاکتورهای مهم و موثر در عملکرد و بازدهی مولد بخار بازیاب حرارتی شامل انتقال حرارت و افت فشارر درنظر گرفته شدهاند  بنابراین میتواند به عنوان تابع هدف کارآمدی جهت بهدست آوردن ساختار فیزیکی بویلر بازیاب حرارتی شامل هندسه و چیدمان ابعادی هریک از بخشهای اصلی بهکار گرفته شود  علاوه بر این  قانون ساختاری٤ ضمن تکمیل قوانین موجود  انتقال جرم و مومنتوم  تبدیل انرژی و قانون دوم ترمودینامیک  دیدگاه جدیدی برای یافتن ساختار و چیدمان جریانها ایجاد مینماید  بنابراین  طراحی ساختاری یک واحد مولد بخار بازیاب حرارتی بر پایه کمینه کودن تسلید  نتروپی کل تحت قید کلی  حجم کل ثابت  یک روش طراحی کامل و جامع است که در این بخش توضیح داده  است  



در روش ارائه شده  یک مولد بخار بازیاب حرارتی از نوع لوله آبی  با سه سطح فشار در نظر گرفته شده است  این بویلر بازیاب شامل یک اکونومایزر  یک اواپراتور و یک سوپرهیتر برای هر سطح فشاری است  همچنین یک مبدل حرارتی جهت بازگرمایش بخار خروجی از توربین فشار بالا قبل از سوپرهیتر نهایی در نظر گرفته شده است    شکل     دیاگرام شماتیک مولد بخار بازیاب حرارتی مذکورر با سه سطح فشار را نشان میدهد که برای طراحی و بهینهسازی درنظر گرفته شده است  براساس   شکل       گازهای خروجی از توربین پس از ورود به مولد بخار بازیاب حرارتی  به ترتیب از چپ بهه راست  سمت گرم به سمت سرد  وارد سوپرهیتر فشار بالا   بازگرمکن٦  بویلر فشار بالا  اکونومایزر فشار بالا  سوپرهیتر فشار متوسط  بویلر فشار متوسط  اکونومایزر فشار متوسط  سوپرهیتر فشار پایین  بویلر فشار پایین و اکونومایزر فشار پایین میشود  پارامترهای طراحی هندسی میتوانند برای هر یک از بخشهای مولد بخار بازیاب حرارتی متفاوت باشند  ابعاد و چیدمان بسیار متفاوتی برای لولهها  ساختار و نحوهی قرارگیری  در هر یک از بخشهای اصلی مولد بخار بازیاب حرارتی به منظور انتقال حرارت از گازهای گرم به جریان آب میتواند مورد استفاده قرار گیرد  بدیهی است هر ساختار دارای مشخصههای انتقال حرارت  افت فشار و تولید انتروپی مخصوص به خود میباشد  همانطور که در   شکلهای   تا     نشان داده شده است  بیشتر پارامترهای طراحی هندسی برای هر بخش ازز مولد بازیاب که شامل ابعاد کلی هر یک از تجهیزات  اکونومایزرها  اواپراتورها  سوپرهیترها   قطر لولهها  تعداد ردیف لولهها در جهت جریان  تعداد لولهها در هر ردیف  تعداد پرهها در واحد طول لولهها است  متفاوت میباشند  همچنین  بهمنظور داشتن مولد بازیاب با مقطع یکنواخت  طول لولهها  دارای مقادیر یکسان در نظر گرفته شدهاند  برای مولد بازیابی با ساختار توضیح داده شده که از سه سطح فشار تشکیل شده است و هر سطح دارای یک سوپرهیتر  یک اواپراتور و یک اوکونومایزر است  سی و سه عدد متغیر هندسی وجود دارد  این متغیرها شامل ده قطر لوله       ده نسبت گام طولی    طول برای ده بخش اصلی مولد بخار بازیاب حرارتی  یک نسبت گام عرضی  ارتفاع     هستند که در   شکلهای   تا     نشان داده شده است  متغیرهای ترمودینامیکی شامل دماهای گاز در خروجی از هرر یک از بخش  های مولد بازیاب        دمای سوپرهیترها  نسبت نرخ جریان بخار به گاز  میباشد  همچنین  افت فشار گاز نامعلوم است     شبیهبببازی ترمودینامیکی از بین رفتن اگزرژی شامل دو جزء تخریب اگزرژی و اتلافات اگزرژی ناشی از تخلیه جریان گاز به محیط میباشد  جزء اول به خاطر باز گشتناپذیریهای فرآیند انتقال حرارت و افت فشار است که منجر به تخریب بخش قابل توجهی از اگزرژی ورودی به مولد بخار بازیاب حرارتی میشود  جزء دوم نیز بدلیل جریان خروجی گازهای گرم از دودکش میباشد که بهعنوان اتلافات اگزرژی در نظر گرفته میشود          



برای تمام بخشهای اصلی  طول عمودی لولهها  جدا از لولهی لاثبکلی که برای اتصال لولهها در بالا و پایین بهکار میرود  به یک اندازه در نظر گرفته شده است  علاوه بر این  حجم درامها و لولههای پایینآورنده ١ در اواپراتورها در حجم کل منظور نشده زیرا تنها سطحهایی که در آنها انتقال حرارت انجام میگیرد در محاسبات لحاظ شدهاند  همچنین نسبت گام عرضی و طولی به ترتیب میباشد  مقدار   برای تمامی مبدلها یکسان در نظر گرفته شده در بخشهای اصلی میتواند متفاوت باشد  معادلات مربوط به روش    از روابط استاندارد موجود در مراجع مختلف استخراج شده است  معادلههای موازنه انرژی در هر یک از مبدلهای



  تابع هزینه هزینه ساخت هر بخش از مولد بخار بازیاب حرارتی متناسب با سطح انتقال حرارت در آن بخش است  بنابراین هزینه ساخت کل مولد بخار بازیاب حرارتی برابر با مجم هزینهی هر یک از بخشها میباشد  برای مولد بخار بازیاب حرارتی بازیاب حرارتی با سه سطح فشار  که دارای ده بخش است  



فرض شده است که سیستم مولد بخار بازیاب حرارتی سه فشاره با یک توربین گاز مدل     شرکت زیمنس کوپل شده است  دبی گاز  مشخصات ترکیب گاز مطابق با مرجع  درنظر گرفته شده است  در سیکل ترکیبی  اغلب یک پیش گومکننده که از حرارتهای اتلافی در نیروگاه برای افزایش دمای آب خوراک ورودی استفاده میکند  بهکار گرفته میشود  بنابراین دمای ورودی آب فرض شده در حالیکه خود پیش گرمکننده در طراحی منظور نشده است  و  نتایج و بحث روش طراحی ساختاری بر پایه پیدا کردن بهترین ساختار جریان تحت قیود کلی میبابثبد  در اینجا  دمای ورودی و نرخ جریان گاز داغ به عنوان پارامترهای معلوم در نظر گرفته شدهاند  با تغییر سطوح فشار و پارامترهای هندسی  تخریب اگزرژی بهعنوان تابع هدف بهینه میگردد و بهترین ساختار و چیدمان طوری بدست میآید که تولید انتروپی حداقل شده و حجم کل به صورت بهینه به هر یک از مبدلهای حرارتی اختصاص داده میشود  در ابتدا  یک مدل ریاضی جامع برای مولد بخار بازیاب حرارتی فشار سهگانه در نرمافزار متلب بهگونهای توسعه داده میشود که متغیرهای هندسی و سطوح فشار بهعنوان متغیرهای تصمیم باشند  سپس  با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک و تغییرات پارامترهای طراحی  شامل سطوح فشار  قطر لوله  تعداد ردیف لولهها در راستای جریان  تعداد لولهها در هر ردیف  طول لولهها     و عرض هر مقطع  بهترین ابعاد و چیدمان برای هر بخش از مولد بخار بازیاب حرارتی که دارای کمترین تولید انتروپیی میباشد  بهدست میآید  در این مسیر  مقادیر مختلفی از حجم ثابت مورد بررسی قرار میگیرد تا بهترین حجم برای آن بهدست آید  این مقادیر حجم در محدودهی مشخصی که در شکلها نشان داده شده است  انتخاب میشوند و همچنین اثرات دمای گاز ورودی نیز مورد بررسی قرار گرفته است  همانطور که در پاراگراف قبلی توضیح داده شد  جهت پیدا کردن بهترین ساختار مولد بخار بازیاب حرارتی   فرآیند بهینهسازی برای هر حجم ثابت انجام گرفته است و نتایج آن در این بخش بیان میگردد  پس از تعیین حجم بهینه  فرآیند بهینهسازی برای آن حجم و توابع هدف مختلف با در نظر گرفتن شرایط ورودی مختلف انجام شده است  مقادیر بهینه تابع هدف ترمودینامیکی  تولید انتروپی  در مقابل مقادیر مختلف حجم ثابت در   شکل و   نمایش داده شده است  همانطور که مشاهده میکنید  با افزایش حجم از  تولید انتروپی به شدت برای سه مقدار دمای گاز ورودی کاهش مییابد  شیب این منحنیها با افزایش حجم و در یک نقطه خاص کاهش مییابد  تا منحنی تقریبآ مسطح شده و به شیب نزدیک به صفر میرسد  سطح انتقال حرارت یک مولد بخار بازیاب حرارتی در حجم کسچکتر در مقایسه با حجم بزرکتو کمتر خواهد بسد  بنابراین  در حجمهای کوچکتر  اختلاف دمای بین گاز و جریانهای آب بخار بالاتر است  از طرف دیگر  انتقال حرارت با اختلاف درجه حرارت محدود بکنی از دلایل اصلی برای افزایش تولید انتروپی در مبدل حرارتی است  بنابراین  تخریب اگزرژی و تولید انتروپی برای حجمهای کوچکتر بیشتر است  با افزایش حجم تا یک نقطهی خاص  اختلاف دمای بین جریانهای گرم و سرد افت نسبی دارد که سبب کاهش تولید انتروپی میشود  بعد از این نقطه  تولید انتروپی با افزایش حجم تغییر قابلل توجهی نمیکند و تخریب اگزرژی دارای افت قابل اغماضی است  میتوان نتیجه گرفت که این نقطه مقدار بهینه برای حجم کل مولد بخار بازیاب حرارتی میباشد و افزایش سطح انتقال حرارت بعد از این نقطه  حجمهای بزرکتر  دارای تاثیر محدودی بر روی بازیابی حرارتا و کاهش تولید انتروپی میبابثبد  که قابل صرفنظرکردن ابببت  علاوهبراین  چنانکه نشان داده شده است  افزایش دمای گاز ورودیی سبب کاهش تخریب اگزرژی و تولید انتروپی میشود و دارای اشات مثبت بر روی بازیابی حرارتی میباشد    شکل مقادیر بهینه نقطه پینچ را بهازای دماهای مختلف گاز ورودی در مقابل حجمهای  نشان میدهد  به ازای مقدار معینی از ف   مقدار بهینه نقطه پینج با افزایش حجم کل تا  محص ههوص کاهش قابل ملاحظهای دارد  اما  بعد از این نقطه  افزایش بیشتر حجم کل و سطح انتقال حرارت  تاثیرر چندانی بر کاهش نقطه پینج نمیگذارد  همانطور



که نشان داده شده است  افزایش حجم کل تنها باعث کاهش   در نقطه پینچ میشود که این میزان کاهش  مقدار تابع هدف  تخریب اگزرژی  را کمتر از و   درصد کاهش میدهد  علاوه بر این  دمای گاز ورودی دارای اثر مستقیم بر نقطه پینچ است؛ بهطوریکه مثلا برای یک حجم کل مشخص       افزایش دمای گاز ورودی نقطه پینچ را از تغییر میدهد  تغییرات میزان افت فشار بهینه جریان گاز به صورت تابعی از دمای گاز ورودی برای مقادیر مختلف حجم کل در   شکل ترسیم شده است و نشان میدهد که افت فشار به شدت وابسته به حجم کل میباشد  همچنین بهازای یک مقدار مشخص با افزایش ٧ مقدار افت فشار به طور چشمگیری کاهش مییابد و منحنیها روند نزولی را نشان میدهند  در مقابل   تاثیر محدودی بر افت فشار گاز دارد بهطوریکه با افزایش دمای گاز ورودی از افت فشار تغییرات اندکی را نشان میدهد  براساس   شکل نتایج بهینهسازی نشان سدهد که افزایش حجم کل اثر قابل توجهی بر روی دمای بخار خروجی که سوپرهیتر فشار بالا را ترک میکند  دارد  از آنجایی که در مقادیر بیشتر حجم کل مبدلهای حرارتی دارای سطح انتقال حرارت بیشتری هستند  بنابراین دمای بخار خروجی نیز بالاتر خواهد بود  به عنوان مثال  افزایش حجم کل متر مکعب دمای بخار فشار بالا را از  تغییرر میدهد  با این حال  همانطور که در   شکل نشان داده شده است  بعد از این نقطه  افزایش حجم کل به مقدار کمی سبب کاهش نقطه پینچ میشود که این کاهش سبب کاهش شیب منحنیهای بازیابی حرارت میگردد  بنابراین  دمای بخار فشار بالا تغییرات قابل اغماضی را نشان میدهد و شیب منحنیها میتوانند برای  نزدیک به صفر در نظر گرفته شود  علاوه بر این  میتوان دید که تغییرات دمای گاز ورودی به طور قابل توجهی بر روی اثر میگذارد  بهطور مثال  رشد دمای گاز ورودی تغییر میدهد  با افزایش حجم کل از    تولید انتروپی به خاطر کاهش میزان افت فشار و همچنین نقطه پینج کاهش مییابد  از طرف دیگر با افزایش حجم کل  هزینه سرمایهگذاری و ساخت مولد بخار بازیاب حرارتی افزایش مییابد  بنابراین یک اثر متقابل بین هزینه سرمایهگذاری و اتلاف اگزرژی با افزایش حجم کل وجود دارد  در این بخش  تولید انتروپی در مولد بازیاب با استفاده از معادله  و   به هزینه اتلاف اگزرژی تبدیل شده تا بتوان مقدار آن را با هزینه سرمایهگذاری مقایسه نمائیم  همانطور که در   شکل و   نشان دادهه شده است افزایش حجم کل از    باعث افزایش هزینه سرمایهگذاری از   میگردد  در مقابل هزینههای اتلاف اگزرژی از   کاهش مییابد  بنابراین  در   شکل و   نقطه تقاطع دو منحنی بهینه مولد بخارر بازیاب حرارتی  حجم بهینه مولد بخار بازیاب حرارتی را مشخص میکند  این حجم بهینه زمانیکه دماهای ورودی گاز است  چنانکه مشخص است با افزایش دمای گاز حجم بهینه کاهش مییابد بهطوری که اگر نمودار حجم بهینه را در مقابل دمای گاز ورودی رسم گردد  نمودار یک روند تقریبآ خطی را از خود نشان میدهد  همچنین هزینه تولید انتروپی و سرمایهگذاری برای دو مقدار مختلف از دبی گاز ورودی در   شکل نشان داده شده است  همانطور که در نمودار نمایش داده شده است زمانیکه دبی گاز     برابر میگردد  هزینههای ناشی از اتلاف اگزرژی برای حجم    به افزایش مییابد  همچنین این مقدار افزایش  هزینه سرمایهگذاری را از تغییر میدهد  بنابراین میزان حجم بهینه  و   برابر افزایش مییابد  حجم بهینه



دماهای ورودی مثفاوث برای دبی گاز   با توجه به روابط فوق  حجم بهینه برای مولد بازیاب با چیدمان   شکل     تقریبآ برابر  بهدست میآید  در این قسمت با درنظر گرفتن این مقدار حجم کل ثابت  میزان توان تولیدی برای مولد بازیاب مطابق با   شکل     را به عنوان تابع هدف در نظر میگیریم و برای دماهای مختلف از گاز ورودی این تابع بهینه شده و در   شکل       نشان داده شده است  همانطور که در   شکل       مشاهده میگردد توان تولیدی به طور مستقیم وابسته به دمای گاز ورودی به مولد بازیاب است به طوریکه افزایش دما  توان را افزایش میدهد  از آنجاییکه با افزایش دما نیروی محرکه برای انتقال حرارت افزایش مییابد  بنابراین بخار تولیدی بیشتر شده و توان زیادتری تولید خواهد شد  مطابق با   شکل      دمای گاز تاثیر قابل توجهی بر میزان بار تولیدی در هر سه سطحح فشاری دارد بهگونهای که نسبت دبی بخار به گاز با افزایش دمای گاز ورودی افزایش چشمگیری پیدا میکند  علاوهبر این میزان بخار تولیدی در سطح  نسبت به سطوح حس و حلس از درصد بالاتری برخوردار است  به عنوان مثال در دمای درصد بخار تولیدی به دبی گاز در سه سطح تولیدی مکال به ترتیب  و     درصد است  ابعاد بهینه هریک از بخشهای اصلی مولد بخار بازیاب حرارتی با در نظر گرفتن حجم ثابت برای تابع حداکثر توان تولیدی در جدول ٦ نشان داده شدهاند  نتاچ نشان میدهد که در حدود و    درصد از ابعاد کل به مجم سه اواپراتور       درصد به اکونومایزرها    درصد بهه سوپرهیترها و و درصد به بازگرمکن اختصاص داده شده است  مطابق جدول   دمای گاز ورودی تاثیر قابل توجهی بر پارامترهای هندسی مولد بخار بازیاب حرارتی



ندارد  بهطوری که توزیع سطوح انتقال حرارت برای تغییرات دمای گاز از تقریبآ ثابت باقی میماند  بهمنظور اعتبارسنجی مدل توسعه داده شده  نتایج مدل با دو مقاله ارائه شده در مراجع  مقایسه شده است  جدول   مقایسه بین نتایج مرجع      و مدل ارائه شده در این مقاله را نشان میدهده همانطور که ملاحظه میگردد انطباق قابل قبولی بین نتایج وجود دارد و اختلاف اندک موجود ناشی از برخی فرضیات مانند حجم محدود است که در این مقاله درنظر گرفته شده است  همچنین مقایسه بین نتایج مرجع      و این مقاله در   شکل      نشان داده شده است  همانطور که در شکل مشاهده میشود نمودارها دارای شیبهای تقریبآ مشابهی هستند و نتاچ مقاله حاضر اندکی افزایش در میزان بخار تولیدی را نشان میدهد     نتیجه ی در این مقاله  طراحی ساختاری و بهینهسازی یک مولد بخار بازیاب حرارتی با سه سطح فشار بهمنظور حداقلسازی نرخ تخریب اگزرژی ارائه گردید  نشان داده شد که پارامترهای مهم طراحی یک سیستم مهندسی را میتوان با استفاده از جستجوی بهترین ساختار جریان با توجه به قید کلی مشخص نمود  با استفاده از تئوری  ساختاری ابعاد بهینه اصلی هریک از مبدلهای حرارتی که بخشهای اصلی  مولد بخار بازیاب حرارتی را تشکیل میدهند  بهدست آمده است  نتایج نشان داد که با افزایشش حجم  نرخ تولید انتروپی کاهش مییابد اما پس از رسیدن حجم به یک مقدار مشخص این مقدار کاهش انتروپی بسیار کم شده و تقریبآ قابل صرفنظر کردن است و این مقدار مشخص حجم بهینه سیستم مولد بخار بازیاب حرارتی را نشان میدهد  بهمنظور مشخصکردن دقیق مقدار این حجم  با تبدیل تخریب اگزرژی به هزینه اگزرژی و همچنین در نظر گرفتن هزینه سرمایهگذاری  حجم بهینه با توجه به دمایی ورودی گاز معین میگردد  با معین شدن حجم بهینه کل  تابع هدف حداکثرسازی توان تولیدی در نظر گرفته شده است و با استفاده از الگوریتم ژنتیک مقید با در نظر گرفتن حجم بهینه مشخص شده در قسمتت قبل ساختار جریان مولد بخار بازیاب حرارتی به ازای دماهای مختلف گاز ورودی معین میگردد  در همین راستا نتایج نشان دادند که توان تولیدی با افزایش دمای گاز ورودی افزایش قابل توجهی دارد و تولید بخار در سطح  بسیار بیشتر از تولید در سطح حس و مل است و بیشترین میزان سطح انتقال حرارت در حجم محدود به اواپراتورها اختصاص داده شده است  در پایان باید توضیح داده شود که روشش طراحی ساختاری نشان داد که در زمینه طراحی مولد بخار بازیاب حرارتی موثر بوده است و میتواند در بسیاری از کاربردهای دیگر مهندسی مورد استفاده قرار گیرد و این توانایی را دارد تا در طراحی سیستمهای با ساختار پیچیده بهکار گرفته شود  


ناحیه کاربری

فرمت ایمیل صحیح نمی باشد. ایمیل خود را وارد نمایید.

رمز عبور خود را وارد نمایید.

گزیده ها
گزیده های پر بیننده ترین اخبار روز و هفته
گزیده های وبگردی و اخبار جذاب
گزیده های وبگردی و اخبار جذاب
گزیده های پر بیننده ترین اخبار روز و هفته
مجله اینترنتی دیتاسرا
کلیه حقوق مادی و معنوی این وبسایت متعلق به گروه نرم افزاری دیتاسرا می باشد.
Copyright © 2015