مجله اینترنتی دیتاسرا
امروز پنجشنبه ۲۴ آبان ۱۳۹۷

تحلیل عملکرد ترمواکونومیکی یک سیستم تولید همزمان مقیاس کوچک بر پایه موتور دیزل

چکیده



در این پژوهش یک سیستم تولید همزمان توان و گرما بر پایه موتورهای دیزل مورد مطالعه قرار می‌گیرد. به همین منظور تحلیل پارامتری بر اساس قوانین اول و دوم ترمودینامیک برای یک سیستم تولید همزمان انجام می‌شود. در این بررسی به‌جای مدل‌سازی چرخه‌ی استاندارد هوا، چرخه‌ی استاندارد هوا و سوخت و هم‌چنین فرآیند احتراق شبیه‌سازی می‌گردد که باعث بیشتر شدن دقت نتایج می‌شود. از آن‌جا که یک چرخه استاندارد دیزل تفاوت‌های بسیاری با یک چرخه واقعی دارد، گاز خروجی از محفظه احتراق یک موتور دیزل واقعی تولید داخل نیز برای شبیه‌سازی سیستم تولید همزمان مورد استفاده قرار می‌گیرد و مبادله‌کن گرمای سیستم تولید همزمان از نظر اگزرژی و اقتصادی بررسی می‌شود. ملاحظه می‌گردد که با به‌کارگیری سیستم در نظر گرفته شده می‌توان از اتلافات گاز خروجی موتور برای گرم نمودن 17/0 کیلوگرم بر ثانیه آب از دمای°C25 تا°C64/68 استفاده نمود. این کار بازده کلی سیستم را در حدود %20 و تا حدود %80 افزایش می‌دهد. البته مقدار تخریب اگزرژی در مبادله‌کن گرما به نسبت زیاد است که این مربوط به فرآیند انتقال گرما و اختلاف دمای زیاد در مبادله‌کن می‌باشد.


نمای مطلب

تحلیل عملکرد ترمواکونومیکی یک سیستم تولید همزمان مقیاس کوچک بر پایه موتور دیزل

مقدمه

انرژی بخش مهمی از زندگی و یکی از عناصر اصلی برای دستیابی به اهداف مشترک اقتصادی‌ اجتماعی و زیست‌محیطی برای رسیدن به توسعه‌ی پایدار در هر کشور است‌ه مقطع زمانی حاضر در زمینه‌ی تولید انرژی مقطع بسیار بااهمیتی است‌ امروزه نه‌تنها باید وابستگی به منابع نامناسب سوخت و انرژی کمتر شود بلکه باید منابع طبیعی و کم‌هزینه سوخت و انرژی که قابل‌اطمینان و کم‌خطر برای محیط‌زیست هستند گسترش پیدا کنده در دنیایی با منابع طبیعی محدود و افزایش تقاضای انرژی در اثر توسعه کشورها بسیار مهم است که روش‌هایی اصولی برای بهبود طراحی سیستم‌های انرژی و نیز کاهش اثرات آن‌ها بر محیط‌زیست ارائه شود یکی از روش‌های مناسب برای استفاده بیشتر از منابع تولید انرژی و توان‌ استفاده از واحدهای تولید توان و گرمایی است که از یک منبع سوخت استفاده می‌نمایند و با بهره‌برداری از هرگونه انرژی اتلافی‌ دمای انرژی اتلافی سیستم را به دمای محیط نزدیک‌تر می‌کننده این کار نه‌تنها باعث بالا رفتن بازده سیستم از دیدگاه قانون اول ترمودینامیک‌ می‌شود بلکه کارایی آن ‌از دیدگاه قانون دوم ترمودینامیک‌ را نیز تا حد امکان بالا می‌برد اینجاست که سیستم تولید همزمان برق و حرارت‌ وارد حوزه‌ی تولید انرژی و توان می‌شود و در قالب جایگزینی مناسب عمل می‌کند در آینده‌ای نزدیک که بازده بالای تولید انرژی نه یک انتخاب‌ بلکه یک الزام خواهد بود این جایگزین یک چالش جهانی مهم است و تولید همزمان برق و حرارت‌ قسمتی از یک راه‌حل کوتاه‌مدت و درازمدت پایدار می‌باشد ‌ ‌ ‌

مطالعات متعددی در مورد کاربردهای سیستم‌های در بخش خانگی صورت گرفته است که در ادامه به تعدادی از آن‌ها اشاره می‌شود همکاران ‌ اندازه بهینه سیستم را برای مصارف خانگی بررسی کردند و دریافتند که اندازه‌ی بهینه سیستم به عواملی مانند سرمایه‌گذاری اولیه‌ قیمت حامل‌های انرژی و همچنین به قوانین موجود برای کاهش انتشار گازهای مضر بستگی دارد همچنین وجود یک مخزن ذخیره گرمای بهینه می‌تواند عمر مفید سیستم را افزایش دهده کن و همکاران ‌ ‌ بررسی اقتصادی‌ اگزرژی و انرژی یک نیروگاه حرارتی تولید همزمان واقع در استانبول ترکیه را انجام دادند سیستم تحت بررسی در کل برق تولید می‌کند و همچنین گرمای بازیابی شده به‌منظور گرمایش خانه‌های شهر و کارخانه‌های اطراف نیروگاه مورداستفاده قرار می‌گیرد مدت‌زمان بازگشت سرمایه با توجه به سرمایه‌گذاری اولیه میلیون دلاری‌ در حدود سه و نیم سال به دست می‌آید بنابراین عملکرد نیروگاه کاملا اقتصادی و پربازده است‌ه پالیارینی و همکاران ‌و مطالعه‌ی عملی سیستم را همراه با سیستم ذخیره گرما برای تامین نیازهای حرارتی پردیس دانشگاه پارما ارائه گردنده یک مدل ساده برای سیستم ذخیره گرما پیشنهاد شد که با دارا بودن ابزار طراحا انعطاف‌پذیر امکان تحلیل اقتصادی و انرژی و بررسی ظرفیت سیستم‌ دور موتور محرک پروفیل بار حرارتی ساعتی را فراهم می‌سازده با انتخاب یک سیستم بر پایه‌ی موتور احتراق داخلی گازی با ظرفیت لس‌لاو همراه با یک سیستم ذخیره‌ی گرما به حجم زمان بازگشت سرمایه‌و سال و برای حالت بدون سیستم ذخیره گرما زمان بازگشت سرمایه سال به‌دست می‌آید ماگو و همکاران ‌ ‌ ترکیب سیستم با یک چرخه رانکین را برای برآورد نیازهای حرارتی و الکتریکی یک ساختمان تجاری کوچک موردمطالعه قرار دادند و عملکرد اقتصادی‌ زیست‌محیطی و بازدهی سیستم را در مناطقی با آب‌وهوای مختلف ارزیابی کردند نتایج کار آن‌ها نشان داد که عملکرد سیستم به‌شدت به محل نصب آن بستگی دارد که به دلیل متغیر بودن بار حرارتی ساختمان در مناطقی با آب‌وهوای متفاوت است‌ احیایی و همکاران طراحی بهینه و شرایط عملکردی سیستم میکروتوربین گازی را با حداقل هزینه تولید انرژی و با احتساب آلاینده‌های موجود در خروجی توربین گاز بررسی گردنده موردمطالعه‌ ساختمانی طبقه در تهران در نظر گرفته شده بود نتایج نشان داد که هزینه‌های مربوط به سرمایه‌گذاری اولیه سهم بزرگی از هزینه تولید انرژی الکتریکی را تشکیل می‌دهد رودریگز و همکاران مطالعه‌ای در مورد امکان‌سنجی اقتصادی و کاهش مصرف انرژی و آلایندگی ساختمان انجام دادند ایشان با ترکیب گرمایش خورشیدی و سیستم به‌صورت‌های مختلف‌ تحلیل جامعی در مورد سیستم‌های هیبریدی صورت دادند

باوجوداینکه بیش ازسال است که سر مایه‌گذاری‌های زیادی برای افزایش بازدهی در بخش صنعت انجام می‌گیرد هنوز مقدار قابل‌توجهی انرژی در این بخش تلف می‌شوده بنابراین پتانسیل بالایی برای بهبود بازدهی در این بخش وجود دارد ‌و ‌ مطالعات بسیاری برای امکان‌سنجی در صنایع مختلف انجام شده است که در ادامه به چند مورد اشاره می‌شود بهاتاچاریا و همکاران پتانسیل تولید همزمان را در صنایع کاغذسازی ویتنام ارزیابی کردند صنایع کاغذسازی نیاز مداومی به انرژی‌های حرارتی و الکتریکی دارد بررسی‌ها در کارخانه بزرگ نشان داد که تولید همزمان یک انتخاب مناسب برای این صنعت است‌ه زمان بازگشت سرمایه تا و سال محاسبه شده است‌ پانو و همکاران ‌ امکان‌سنجی را در صنعت ماکارونی ایتالیا به‌منظور صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش گازهای آلاینده انجام دادند نتایج مطالعه صورت گرفته نشان داد که بهترین محرک‌های اصلی برای به‌کارگیری در این صنعت‌ موتورهای احتراق داخلی و توربین‌های گازی هستند موجیبا و همکاران ‌ ‌ ‌ سیستم تولید همزمان را برای صنعت تولید تخته بررسی کردند تحلیل اقتصادی بر پایه‌ی هزینه کل سالانه انجام شد زمان بازگشت سرمایه برای این سیستم در حدود ‌ سال است‌ه وانگ و همکاران عملکرد چرخه‌های مختلف را در صنعت سیمان بررسی کردند نتایج نشان می‌دهد که از میان چرخه‌های متعدد بررسی‌شده‌ چرخه‌ی کالینا بهترین عملکرد را ازنظر بازده قانون دوم دارد و در شرایط مشابه‌ چرخه‌ی رانکین دارای ضعیف‌ترین عملکرد می‌باشد

کاتسانوس و همکاران یا همان چرخه‌ی رانکین آلی را برای بازیابی گرما در موتورهای دیزلی مورد استفاده قرار دادند ژانگ و همکاران طراحی اواپراتور لوله‌پره‌ای را برای بازیابی گرما از موتور دیزل از دیدگاه انتقال حرارت مورد تحلیل و بررسی قرار دادند در این تحقیق ابتدا یک مدل ریاضی برای طراحی اواپراتور بر اساس هندسه اواپراتور و سیال عامل گذرنده از آن انتخاب گردید سپس تحلیل انتقال حرارتی آن در دورها و بارهای مختلف موتور دیزل انجام گرفت‌ فن د بلد و همکاران ‌و ‌ به‌کارگیری روغن پیرولیتی و سوخت‌های مشتق از آن را در موتور دیزل برای کاربردهای مکل‌ح مورد بررسی قرار دادند این سوخت‌ها ازنظر امکان به‌کارگیری قابل‌رقابت با سوخت‌های موجود شناخته شدنده شوکتی و همکاران بازیابی گرما از سلول آزمون موتور را با به‌کارگیری چرخه‌ی رانکین با سیال آلی مورد مطالعه پارامتریک قرار دادند نتایج نشان داد که چرخه رانکین با سیال آلی با بهره گیری از گرمای اتلافی‌ توانی معادل و توان موتور را بازیابی می‌کند موریکونی و همکاران یک نیروگاه حرارتی برای کاربرد با موتور دیزل و سلول سوختی اکسید جامد را طراحی نمودند نتایج آزمون‌های اولیه و بازده مناسب آن در کار آن‌ها ذکر شده است‌ یاغلی و همکاران ‌تحلیل اگزرژی چرخه رانکین آلی فروبحرانی و فرابحرانی را برای بازیابی گرما از سیستم تغذیه‌شده توسط بیوگاز انجام دادند ایشان هم‌چنین سیستم طراحی‌شده را مورد بهینه‌سازی قرار دادند

در بیشتر پژوهش‌های ازاین‌دست برای سادگی بیشتر کار تنها به بررسی چرخه‌ی استاندارد هوا پرداخته می‌شود که تفاوت‌های زیادی با چرخه‌ی واقعی دارد و انحراف قابل‌توجهی را از آن نشان می‌دهد هم‌چنین فرایند احتراق تنها به‌صورت افزودن انرژی در نظر گرفته می‌شود حال‌آنکه در این مطالعه‌ با در نظر گرفتن اجزای واکنش‌دهنده و اجزای محصول احتراق‌ چرخه‌ی هوا سوخت در نظر گرفته‌شده و فرایند احتراق شبیه‌سازی گردیده است و اثر نسبت هوا به سوخت بر روی متغیرهای موردمطالعه بررسی گردیده است‌

‌ مواد و روش‌ها

در این بخش در ابتدا یک چرخه‌ی کامل شامل موتور دیزل‌ توربوشارژر و سیستم متصل شده به آن مورد بررسی کامل اگزرژی قرار می‌گیرده در ادامه گاز خروجی موتور تیپ شرکت پرکینزآ و سیستم در نظر گرفته‌شده برای آن با در نظر گرفتن این که یک موتور واقعی انحراف قابل‌توجهی از چرخه‌های استاندارد را نشان می‌دهد موردمطالعه‌ی ترمواکونومیکی قرار می‌گیرد ٠

شبیه‌سازی مدل بر اساس فرآیند احتراق

شکل طرح‌واره‌ای از سیستم مح‌ح موردبررسی را نشان می‌دهد همان‌گونه که مشخص است‌ گازهای گرم ناشی از احتراق خروجی از منیفلد خروجی پس از گذر از توربوشارژر وارد مبادله‌کن گرما و در آن‌جا باعث گرم شدن آب گذرنده از مبادله‌کن می‌شود ‌و ‌ ‌

موتور موردبررسی دارای نسبت تراکم و ‌ نسبت هوا به سوخت ل‌ و نسبت فشار کمپرسور است‌ دبی و دمای گاز در خروجی توربوشارژر و هم‌چنین دبی و دمای آب وارد شونده به مبادله‌کن به ترتیب برابر و می‌باشد لازم به یادآوری است که نقاط که به ترتیب نشان‌دهنده دمای گازهای درون سیلندر پس از مرحله تراکم و احتراق می‌باشند درون موتور قرار می‌گیرند

فرضیات

فرضیات صورت گرفته در این بررسی به شرح زیر است‌:

سیستم تولید همزمان موردمطالعه در شرایط پایا کار می‌کند ‌ روابط گازهای آرمانی برای هوا و گازهای خروجی به‌کارگرفته شده است

چرخه‌ی کاری موتور چرخه‌ی دیزل در نظر گرفته شده است‌ ‌ واکنش احتراق در موتور کامل فرض شده است‌

و از تغییرات انرژی جنبشی و پتانسیل صرف‌نظر شده است‌

‌ شرایط مرجع در نظر گرفته شده است‌ به دلیل اینکه حالت آب در خروجی موتورهای احتراق داخلی در اصل بخار است‌ محاسبات بر مبنای ارزش حرارتی پایین سوخت ‌انجام گرفته است‌

کلیه‌ی اجزای سیستم به‌جز موتور دیزل‌ آدیاباتیک در نظر گرفته شده‌اند ٠

معادله‌ی احتراق سوخت دیزل را می‌توان به‌صورت زیر در نظر گرفت‌ ‌

البته باید توجه داشت که در صورت استفاده از هوای اضافه باید مقدار این هوای اضافه در معادله وارد گردد که در استخراج نتایج این مسئله لحاظ گردیده است‌

روابط حاکم بر تحلیل انرژی و اگزرژی‌

اگزرژی‌ کیفیت ترمودینامیکی مقدار معینی انرژی را بیان می‌کند و قانون دوم ترمودینامیک به‌عنوان مکملی برای قانون اول ترمودینامیک‌ ارزش واقعی ترمودینامیکی انرژی منتقل‌شده و نیز ناکارایی فرآیند یا سیستم را مشخص می‌سازد بازده اگزرژی عملکرد واقعی یک فرآیند یا سیستم را با نمونه‌ی آرمانی آن مقایسه می‌کند و تخریب اگزرژی تلفاتی را که مانع بازدهی می‌شود مشخص می‌سازد ‌ ‌ ‌

برای تحلیل قانون اول در مورد مبادله‌کن گرما رابطه‌ی زیر برقرار خواهد بود:

در مورد سیستم موردمطالعه‌ کارایی مبادله‌کن گرما برابر در نظر گرفته می‌شود برخلاف انرژی‌ اگزرژی ذخیره نمی‌شود ولی به دلیل وش بر گشت‌ناپذیری‌ها تخریب می‌شود دلایل اصلی وقوع بر گشت‌ناپذیری‌های داخلی عبارت‌اند از اصطکاک‌ انبساط نامحدود اختلاط و واکنش‌های شیمیایی‌ درحالی‌که بر گشت‌ناپذیری‌های خارجی بیشتر به دلیل انتقال حرارت براثر اختلاف دمای محدود رخ می‌دهد درواقع اگزرژی وقتی تلف می‌شود که انرژی یک جریان به محیط تخلیه شود ‌ ‌ ‌ در غیاب اثرات هسته‌ای‌ مغناطیسی‌ الکتریکی و کشش سطحی‌ اگزرژی کل سیستم به چهار جزء متمایز تقسیم می‌شود دو جزء مهم از این چهار جزء‌ اگزرژی فیزیکی و اگزرژی شیمیایی ابببت‌ه اگزرژی فیزیکی مغنابببب افببت با کار قابل حصول در انتقال یک سیستم از حالت اولیه‌اش به حالتی که در تعادل مکانیکی و گرمایی با محیط باشد همچنین اگزرژی شیمیایی متناسب است با کار قابل حصول در انتقال سیستمی که در تعادل مکانیکی و حرارتی با محیط است به حالتی که پایدارترین ساختار را در تعادل با محیط داشته باشد ‌ ‌

روابط حاکم بر تحلیل اگزرژواکونومی‌

برای تحلیل ا گزرژواکونومی دیدگاه‌های مختلفی در منابع علمی مطرح شده است‌ در این مطالعه از دیدگاه استفاده شده است‌ این روش بر پایه اگزرژی‌ بازده اگزرژی و معادلات کمکی برای اجزای سیستم حرارتی بنا شده است و شامل سه مرحله زیر است‌: شناسایی جریان‌های اگزرژی‌ تعریف سوخت و محصول برای هر یک از اجزای سیستم تخصیص معادلات هزینه ‌ ‌ ‌ ‌

‌ مدل

مدل اقتصادی هزینه‌ای را که برای خرید تجهیزات‌ تعمیرات و نگهداری آن‌ها مورد نیاز است ‌هزینه‌ی اولیه‌ تخمین می‌زند به‌منظور تعریف تابع هزینه‌ای که به پارامترهای بهینه‌سازی وابسته باشد ابتدا باید هزینه اولیه هر یک از اجزای سیستم برحسب مشخصات ترمودینامیکی آن بیان شود هزینه‌ی موردنیاز برای خرید جزء با نماد لک نشان داده می‌شود این هزینه برای هر یک از اجزای سیستم مطابق با بهای آن‌ها در سال برابر است بابرای تعریف جریان اگزرژی در هر یک از اجزای سیستم‌ لازم است مفاهیم سوخت و محصول برای اجزای سیستم تعریف شوده محصول نشانگر نتایج مطلوب یک جزء یا سیستم و سوخت نشانگر منابع مصرف‌شده برای تولید محصول است و لزوما یک سوخت واقعی مانند گاز طبیعی‌ سوخت دیزل و غیره نیست‌ سوخت و محصول هر دو برحسب جملات اگزرژی بیان می‌شوند

برای پیدا کردن هزینه تخریب اگزرژی در هر یک از اجزای سیستم ابتدا لازم است که معادله توازن هزینه برای اجزای سیستم حل شود در کاربرد معادله توازن هزینه برای اجزای سیستم معمولا بیش از یک جریان ورودی و خروجی برای هر جزء وجود دارد بنابراین تعداد هزینه‌های مجهول بیشتر از معادلات موجود است‌ برای حل این مشکل از قواعد سوخت محصول دیدگاه استفاده می‌شود

قاعده‌ی به برداشت اگزرژی از یک جریان در داخل یک جزء هنگامی‌که تفاضل اگزرژی‌های ورودی و خروجی به‌عنوان سوخت جزء تعریف شده باشد برمی‌گردد قاعده بیان می‌کند که هزینه‌ی مخصوص ‌هزینه در واحد اگزرژی‌ برداشت اگزرژی از جریان سوخت برابر است با هزینه‌ی مخصوصی که در آن همان اگزرژی برداشته‌شده‌ در بالادست جزء موردنظر به همان جریان داده می‌شود قاعده م به افزایش اگزرژی به یک جریان در داخل یک جزء برمی‌گردد قاعده بیان می‌کند که هر واحد اگزرژی که به هر جریانی داده می‌شود با محصولات در همان هزینه‌ی متوسط ‌مرتبط است ‌

انتخاب توان مناسب

در این پژوهش به‌عنوان نمونه دیزل‌ژنراتور موردنیاز برای تامین برق مصرفی یک مجتمع مسکونی واحدی مورد تحلیل و بررسی قرار می‌گیرد اگر بار هر واحد برابر با ‌و در نظر گرفته شود با استفاده از مقدار برای ضریب همزمانی ‌ ‌ می‌توان توان مصرفی کل مجتمع را حساب نمود

ضریب همزمانی بار توان هر واحد مسکونی و کر تعداد واحدها می‌با شد

از رابطه‌ی بالا بار کل مجتمع برابرکااط‌ه‌ه‌ به دست می‌آید و بنابراین می‌توان از موتور تیپ یا نظیر آن استفاده نمود

انتخاب مبادله‌کن گرمای مناسب

در مبادله‌کن‌هایی که ضریب انتقال گرمای یک یا هر دو سیال کوچک باشد مساحت انتقال گرمای زیادی مورد نیاز است‌ یکی از روش‌های افزایش این مساحت استفاده از سطوح گسترش‌یافته ‌پره‌ها در یک یا هر دو طرف می‌باشد سطوح گسترش‌یافته بسته به کاربرد می‌تواند شکل‌های مختلفی داشته باشد که در این پژوهش از مبادله‌کن گرمای پره لوله پیوسته استفاده می‌شوده پیوسته به این معنا که پره قرارگرفته روی یک لوله‌ به همه‌ی لوله‌ها متصل می‌باشد اندازه سطح تبادل نیز برابر به دست می‌آید

نتایج و بحث

در این بخش نخست نتایج تحلیل چرخه‌ی کامل شامل موتور دیزل‌ توربوشارژر و سیستم حل متصل شده به آن مورد بررسی کامل اگزرژی قرار می‌گیرد و در ادامه نتایج مطالعه‌ی ترمواکونومیکی موتور تیپ ٨سیستم حل‌ در نظر گرفته‌شده برای آن با در نظر گرفتن این‌که یک موتور واقعی انحراف قابل‌توجهی از چرخه‌های استاندارد را نشان می‌دهد

موردبحث قرار می‌گیرد

‌ ‌ نتایج شبیه‌سازی مدل بر اساس فرآیند احتراق

شکل تاثیر نسبت هوا به سوخت بر روی بازده موتور را نشان می‌دهده همان‌گونه که مشخص است با افزایش این نسبت‌ به دلیل کاهش دمای آدیاباتیک شعله‌ توان موتور کاهش می‌یابد همانند توان خالص خروجی بازده نیز با نسبت هوا به سوخت رابطه‌ی عکس دارده بر این اساس برای استحصال بالاترین توان خروجی باید سوخت در نسبت استوکیومتری بسوزد که البته با توجه به ملاحظاتی همچون دمای بیشینه چرخه در عمل این نسبت بالاتر و در محدوده‌ی لحاظ می‌گردد

شکل تاثیر نسبت تراکم بر روی بازده موتور را نشان می‌دهده مشخص است که با افزایش این نسبت می‌توان توان بیشتری از موتور دریافت و بازده بیشتری را ایجاد نمود بااین‌حال ازآن‌جا که افزایش بیش‌ازاندازه‌ی نسبت تراکم می‌تواند ملاحظاتی در مورد دما و فشار بیشینه‌ی چرخه را به دنبال داشته باشد نمی‌توان آن را از حد معینی فراتر برده در نسبت‌های هوا به سوخت بالاتر بازده مقدار پایین‌تری خواهد داشت که علت آن در بررسی شکل پیشین توضیح داده شد

جدول در پیوست مقدار خواص ترمودینامیکی مختلف برای نقاط چرخه را نشان می‌دهد مقادیر اگزرژی فیزیکی و شیمیایی و مقدار اگزرژی کل در هر نقطه از چرخه در این جدول موجود می‌باشد

شکل نمودار مقدار تخریب اگزرژی برای اجزای مختلف سیستم را نشان می‌دهد همان‌گونه که از شکل مشخص است‌ بالاترین میزان تخریب اگزرژی مربوط به موتور است‌ دلیل این مسئله به فرآیند احتراق بازمی‌گردد که فرآیندی است به‌شدت ا فزایش‌دهنده‌ی آنتروپی‌ پس‌ازآن مبادله‌کن گرما قرار دارد که آن‌هم به دلیل اختلاف دمای زیاد جریان گازهای خروجی از توربین و آب گرم‌شونده تخریب اگزرژی زیادی را در پی دارد پس از آن کمپرسور و توربین قرار می‌گیرند ‌به ترتیب ‌ ‌

شکل و تغییرات آهنگ تخریب اگزرژی کل سیستم با نسبت هوا به سوخت را نشان می‌دهد همان‌گونه که از شکل مشخص است‌ افزایش این نسبت با افزایش دبی گازهای تولیدی در فرآیند احتراق موجب افزایش آهنگ

تخریب اگزرژی در سیستم می‌شود ملاحظه می‌گردد که تغییرات تقریبا به‌صورت خطی می‌باشد افزایش کارایی مبادله‌کن گرما میزان تخریب اگزرژی را افزایش می‌دهد که این ناشی از بیشتر شدن مقدار انتقال گرما می‌باشد تغییرات بازده اگزرژی ‌بازده قانون دوم‌ سیستم با نسبت هوا به سوخت در شکل به نمایش درآمده است که روندی نزولی را نشان می‌دهده هم‌چنین مشخص است که افزایش کارایی مبادله‌کن گرما بازده اگزرژی کل را افزایش می‌دهده این مسئله به دلیل بیشتر شدن مقدار انتقال گرما و به‌تبع افزایش بازیابی گرمای گاز خروجی از اگزوز می‌باشد تاثیر نسبت تراکم بر روی آهنگ تخریب اگزرژی کل سیستم در شکل ر نشان داده شده است‌ افزایش این نسبت با بالابردن دمای بیشینه‌ی چرخه و درنتیجه بازده ترمودینامیکی سیستم‌ میزان تخریب اگزرژی را کاهش می‌دهد ملاحظه می‌شود که افزایش کارایی مبادله‌کن گرما میزان تخریب اگزرژی را افزایش می‌دهد و این ناشی از بیشتر شدن مقدار انتقال گرما می‌باشد

کاهش آهنگ تخریب اگزرژی به معنای افزایش بازده قانون دوم سیستم می‌باشد این مسئله در شکل به تصویر درآمده است‌ مشخص است که افزایش کارایی مبادله‌کن گرما بازده اگزرژی کل را افزایش می‌دهد این مسئله به دلیل بیشتر شدن مقدار انتقال گرما و به‌دنبال آن افزایش بازیابی گرهای گاز خروجی از اگزوز سی‌باشد

در کنار همه پارامترهای گفته‌شده‌ شاید بهترین مقایسه‌ای که بیانگر تاثیر به‌کارگیری بر روی عملکرد دیزل‌ژنراتور است‌ بررسی میزان افزایش بازده کل سیستم ازنظر قانون اول ترمودینامیک در صورت وجود می‌باشد همان‌گونه که در شکل و دیده می‌شود نصب بر روی

دیزل‌ژنراتور بازده سیستم را به‌شدت افزایش می‌دهد این مسئله در اختلاف منحنی بالایی و پایینی شکل مشخص است‌ه به‌گونه‌ای که مثلا برای نسبت هوا به سوخت بازدهی دیزل‌ژنراتور از افزایش یافته است و این یعنی ‌ افزایش بازده و به‌تبع آن کاهش مصرف سوخت و افزایش بهره‌وری‌ همان‌گونه که در شکل مشخص است افزایش نسبت هوا به سوخت‌ به دلیل کاهش دمای آدیاباتیک شعله‌ توان موتور و بازده را کاهش می‌دهد

با تغییر نسبت هوا به سوخت کسر جرمی گازهای اکسیژن و دی‌اکسید کربن در محصولات احتراق تغییر پیدا می‌کند این رفتار در شکل نشان داده‌شده است‌ آن‌گونه که در شکل دیده می‌شود افزایش نسبت هوا به سوخت به دلیل بیشتر نمودن اکسیژن دست‌نخورده باعث افزایش کسر جرمی این گاز در مخلوط می‌شود هم‌چنین مشخص است که اکسیژن موجود در هوای اضافه در پایان فرآیند احتراق دست‌نخورده باقی می‌ماند و در کنار نیتروژن که در فرآیند احتراق بی‌اثر است‌ موجب کاهش نسبت جرمی دی‌اکسید کربن و بخارآب خواهد شد

‌ نتایح شبیه‌سازی موتور تیب سیستم متصل به آن

همان‌گونه که پیش‌تر گفته شد شبیه‌سازی بخش پیشین مربوط به سیستم با یک موتور دیزل با چرخه‌ی استاندارد بود که البته واکنش احتراق را نیز در نظر می‌گرفت‌ه در این بخش به مطالعه‌ی سیستم متصل به موتور واقعی پرداخته می‌شود ازآن‌جا که این موتور را نمی‌توان با دقت زیادی توسط چرخه‌ی دیزل شبیه سازی نمود مطالعه ی اگز رژواکونومیکی مربوط به سیستم بر اساس دمای گاز وارد شونده به مبادله‌کن گرما از خروجی توربین توربوشارژر می‌باشد دبی و دمای گاز در خروجی توربوشارژر و هم‌چنین دبی و دمای آب وارد شونده به مبادله‌کن به ترتیب برابر می‌باشد

مقدار بازده اگزرژی به‌دست آمده برای سیستم حل موردبحث برابر به دست می‌آید و می‌تواند دمای آب را تا بالا ببرد شکل بازده قانون دوم یا همان بازده اگزرژی برحسب کارایی مبادله‌کن گرما را نشان می‌دهد همان‌گونه که مشاهده می‌شود با افزایش کارایی مبادله‌کن گرما بازده اگزرژی مبادله‌کن نیز افزایش می‌یابد به‌گونه‌ای که برای دمای گاز ورودی برابر از برای کارایی و ‌ برای کارایی افزایش می‌یابد هم‌چنین ملاحظه می‌شود که افزایش دمای گاز داغ ورودی باعث افزایش بازده اگزرژی می‌گردد که این به دلیل افزایش دمای منبع دمابالای سیستم می‌باشد

هم‌چنین شکل نمودار تخریب اگزرژی برحسب کارایی مبادله‌کن را نشان می‌دهد آن‌گونه که از شکل مشخص است‌ با افزایش کارایی تا حدود تخریب اگزرژی با آهنگی کندشونده افزایش می‌یابد

در کل با در نظر گرفتن افزایش بازدهی اگزرژی ناشی از بالابردن کارایی مبادله‌کن می‌توان تاثیر کارایی را مثبت درنظر گرفت‌ مشخص است که افزایش دمای گاز داغ ورودی باعث افزایش تخریب اگزرژی می‌گردد و این به دلیل افزایش تلفات اگزرژی ناشی از انتقال گرما است‌ در ادامه تحلیل اگزرژواکونومی برای سیستم موردنظر انجام می‌شود که نتایج آن به شرح زیر است‌ شکل نشان‌دهنده هزینه اولیه مبادله‌کن م برای مقادیر مختلف کارایی مبادله‌کن می‌باشد

همان‌گونه که مشخص می‌باشد افزایش که به معنای بیشتر شدن سطح تبادل است‌ منجر به افزایش هزینه اولیه ساخت یا خرید مبادله‌کن گرما می‌باشد مشخص است که افزایش دمای گاز داغ ورودی تاثیر چندانی بر روی هزینه اولیه نخواهد داشت‌

شکل نمودار تغییرات هزینه‌هایی ناشی از تخریب اگزرژی در واحد ساعت برای مقادیر متفاوت می‌باشده همان‌گونه که در شکل دیده می‌شود افزایش سطح تبادل هزینه‌های تخریب اگزرژی را افزایش می‌دهد مقدار در حالتی که دمای گاز داغ ورودی برابر باشد برابر می‌گردد که مقدار قابل‌توجهی می‌باشده افزایش دمای گاز داغ ورودی‌ هزینه‌های ناشی از تخریب اگزرژی را بیشتر می‌کند که این مسئله در مورد شکل ‌ توضیح داده شد درنهایت مهم‌ترین پارامتر تعیین‌کننده در تحلیل اگزرژواکونومی ضریب گزرژواکونومی یا نسبت هزینه اولیه به مجم هزینه‌هاست که به‌صورت زیر تعریف می‌شود

شکل و نشان‌دهنده‌ی تغییرات ضریب ا گزرژواکونومی مبادله‌کن گرما به ازای مقادیر گوناگون می‌باشد همان‌گونه که از نمودار مشخص است‌ افزایش کارایی مبادله‌کن موجب افزایش ضریب ا گزرژواکونومی می‌شود که به معنای افزایش سهم هزینه اولیه در هزینه‌های مربوط به مبادله‌کن می‌باشد افزایش دمای گاز داغ ورودی چون موجب افزایش هزینه‌های ناشی از تخریب اگزرژی می‌بثبود درحالی‌که بر روی هزینه اولیه یا خرید مبادله‌کن گرما تاثیر چندانی ندارد بر روی ضریب ا گزرژواکونومی تاثیر عکس خواهد داشت و آن را کاهش خواهد داد

البته باید به این نکته توجه داشت که در کل با توجه به مقدار ‌ ‌باید گفت که سهم نه‌چندان کوچکی از هزینه‌ها ناشی از تخریب اگزرژی می‌باشد که این مسئله باید در ملاحظات مربوط به طراحی سیستم موردتوجه قرار گیرد

‌ نتیجه‌گیری

در این بررسی یک سیستم تولید همزمان به‌همراه دیزل‌ژنراتور پایه‌ی آن مورد مطالعه‌ی عملکردی از دید قوانین اول و دوم ترمودینامیک قرار گرفت‌ هم‌چنین یک سیستم تولید همزمان مناسب انتخاب‌شده بر اساس د یزل‌ژنراتورهای تولیدشده در داخل کشور مورد تحلیل پارامتری قرار گرفت و ازنظر اقتصادی نیز بررسی گردید که نتاچ آن به شرح زیر است‌

استفاده از مح‌ح بازدهی سیستم را در حدود ‌ افزایش می‌دهد و به‌تبع آن کاهش مصرف سوخت و افزایش بهره‌وری را به‌دنبال خواهد داشت‌ مقایسه‌ی بازده به‌دست آمده برای یک سیستم تولید همزمان با بازده بسیار پایین شبکه‌ی تولید و توزیع برق کشور مزیت بسیار عالی استفاده از چنین سیستمی برای جایگزینی بخشی از نظام تولید برق را نشان می‌دهد

ملاحظه گردید که با به‌کارگیری سیستم در نظر گرفته‌شده می‌توان از بازیابی اتلافات گاز خروجی یک موتور با توان تقریبا اس‌که‌ه‌ برای گرم‌نمودن کیلوگرم بر ثانیه آب از ‌استفاده نمود مقدار تخریب اگزرژی در مبادله‌کن گرما و به‌تبع آن هزینه‌ی تخریب اگزرژی به نسبت زیاد است که این مربوط به فرآیند انتقال گرما و اختلاف دمای زیاد در مبادله‌کن می‌باشد و ممکن است بتوان با برخی ملاحظات آن را کاهش داد


مشخصات

مشخصات

توسط: نوید فرخی1 ؛ جاماسب پیرکندی 2 ؛ مهران نصرت الهی2 مجله: مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس سال انتشار: 1395 شمسی تعداد صفحات: 9 تاریخ درج: ۱۳۹۵/۹/۱۸ منبع: دیتاسرا

لینک دانلود

لینک دانلود

رمز فایل
رمز فایل (در صورت نیاز): www.datasara.com

گسترش LNG در مقیاس کوچک با سرمایه گذاری بخش خصوصی (Expanding Small-Scale LNG with Private Sector Investment)

 مجله in detail (شماره 2، 2017): در حال حاضر با وجود منابع جدید در استرالیا و ایالات متحده شاهد وفور LNG جهت کاربردهای در مقیاس بزرگ هستیم. بازیکنان پیشرو بازار همچون شرکت های نفتی بین المللی و شرکت های نفتی دولتی، همراه با افزایش منابع، علاقه زیادی جهت تولید LNG برای کاربری های در مقیاس کوچک از خود نشان می‎دهند. عوامل اصلی رشد ... [ ادامه مطلب ]

تغذیه کشتی توسط مولد قرار گرفته در خشکی (Cold Ironing)

 مجله in detail (شماره 2، 2017): تصمیمی‎که توسط اسطوره سینمای هالیوود "آرنولد شوارتزنگر" در سال 2006 بعنوان فرماندار ایالت کالیفرنیا گرفته شد، تأثیر چشمگیری بر تجارت شرکت وارتسیلا داشت. وی دستور داد تا به منظور کاهش آلودگی هوا و انتشار گازهای گلخانه ای، سواحل ایالت کالیفرنیا به سیستم برق رسانی از خشکی به کشتی (Cold ironing) مجهز شوند. این تصمیم باعث ... [ ادامه مطلب ]

تولید برق از امواج دریا (Catching the Surge)

 مجله in detail (شماره 2، 2017): در ماه سپتامبر وارتسیلا اعلام نمود که با شرکت AW-Energy جهت تولید برق از امواج دریا همکاری خواهد نمود. تکیه گاه یاتاقان های فلزی، یاتاقانهای کامپوزیتی، محفظه های آب بند لبه ای و کوپلینگ های هیدرولیک مورد استفاده در اولین WaveRoller مقیاس واقعی شرکت AW Energy، توسط وارتسیلا فراهم شده است. تجهیزات مورد استفاده در ... [ ادامه مطلب ]

برق رسانی به شبکه های ایزوله (Powering Isolated Grids)

 مجله in detail (شماره 2، 2017): مجله in detail (شماره 2، 2017): این مطلب به مطالعه بر روی یک نیروگاه برق هیبریدی (مرکب) وارتسیلا (موتورهای احتراق داخلی و ذخیره کننده های انرژی) و ارزش افزوده ای که می‎تواند در اثر صرفه جویی اقتصادی و بالا بردن راندمان برای صاحبان و بهره برداران آن بهمراه داشته باشد می‎پردازد. نیروگاه هیبریدی مورد مطالعه مشتمل بر ... [ ادامه مطلب ]

آشنایی با قراردادهای عرضه LNG در مقیاس کوچک (Decoding Small-Scale LNG Supply Contracts)

 مجله in detail (شماره 2، 2017): همراه با آمدن یک سوخت جدید سؤالی به ذهن متبادر می‎شود: هزینه کردن برای آن تا چه حد منطقی است؟ مقیاس معاملات انجام شده بر روی نفت خام در سطح جهان به گونه ای است که به شفافیت قیمت آن در بازار می‎انجامد. از آنجا که معیارهای سنجش متعدد و تأمین کنندگان فراوانی در بازار وجود ... [ ادامه مطلب ]

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

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 ... [ ادامه مطلب ]

مطالعه تجربی متغیرهای فرا‌یند ریخته‌گری مدل فومی فداشونده با استفاده از روش تاگوچی
فايل پيوست

چکیده روش ریخته‌گری مدل فومی فدا شونده، یک روش نوین برای ریخته‌گری قطعات پیچیده می‌باشد که علاوه بر داشتن مزایای فنی و اقتصادی نسبت به روش سنتی دارای مزایای زیست محیطی نیز بوده و از این‌رو مورد توجه ویژه قرار گرفته است. در این پژوهش به بررسی اثر متغیرهای چگالی فوم، دمای ذوب‌ریزی و ویسکوزیته پوشان که از اثرگذارترین متغیرهای فرآیند ... [ ادامه مطلب ]

مقایسه تاثیر چیدمان مختلف تکنولوژی دنده‌های ٧ شکل در افزایش توربولانس جریان و انتقال حرارت در خنک کاری داخلی پره‌های توربین گاز
فايل پيوست

چکیده افزایش دمای گاز ورودی به توربین‌های گازی باعث افزایش قدرت و راندمان حرارتی آن‌ها خواهد شد. با توجه به محدودیت دمایی آلیاژهای مورد استفاده، به‌کارگیری روش-هایی جهت کاهش دمای اجزای توربین گاز به‌خصوص پره‌های توربین، امری ضروری خواهد بود. امروزه تکنولوژی دنده‌های V شکل نیز به علت انتقال حرارت مناسب، مورد توجه محققان و پژوهشگران خنک‌کاری داخلی پره‌های توربین گاز ... [ ادامه مطلب ]

بهبود عملکرد تکنیک روانکاری کمینه در فرایند سنگزنی با استفاده از نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک
فايل پيوست

چکیده تکنیک روانکاری کمینه در فرآیند سنگزنی دارای مزایای متعدد فنی و اقتصادی است. این تکنیک نه تنها عملکرد فرآیند سنگزنی شامل یکپارچگی سطح، نیروهای سنگزنی و سایشِ چرخ سنگ را بهبود می‌بخشد. بلکه به دلیل مصرفِ بسیار پایین سیال برشی، تکنیکی سازگار با محیط است. با وجود چنین مزایایی، این تکنیک به دلیل مصرف پایین سیال برشی، دارای مشکل جدی ... [ ادامه مطلب ]

بررسی اثر نصب بالچه متحرک در دیسک گذردهی هوای انتهای چتر فرود
فايل پيوست

چکیده در این پژوهش با اعمال تحریک اجباری در میدان سیال، اثرات استفاده از ابزارهای کنترلی جدید بر رفتار چتر فرود و میزان کارایی آن مورد مطالعه قرار می‌گیرد. مدل‌سازی انجام شده با نرم‌افزار تجاری فلوئنت شبیه‌سازی و تحلیل شده‌است. ابتدا هندسه‌ی کلی پیشنهاد می‌گردد. این شبیه‌سازی‌ها در مورد تأثیر این تحریک بر رفتار جریان، کارایی چتر، نقاط پرفشار چتر اطلاعات ... [ ادامه مطلب ]

فایل اکسل جامع طراحی دیوار حائل (با در نظر گرفتن نیروی زلزله)
فايل پيوست

تک فایل اکسل طراحی دیوار حائل (با در نظر گرفتن نیروی زلزله) دیوار حائل یا سازه نگهبان بنایی است که به منظور تحمل بارهای جانبی ناشی از خاکریز پشت دیوار، سازه ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 7500 تومان
 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

2 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیون تجهیزات افقی، قائم و پیت (Air Separation Units, Heat Exchangers, Drums, Pits...)
فايل پيوست

2 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیونهای تجهیزات: Air Separation Units, Heat Exchangers, Horizontal & Vertical Drums, Pits پالایشگاه ها و مجتمعهای پتروشیمی مجموعه هایی متشکل از تجهیزات گوناگون صنعتی هستند؛ تجهیزاتی ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 9500 تومان
 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

3 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیون های تجهیزات دینامیک: Compressors & Pumps (reciprocating & centrifugal), Oil-Water Skid
فايل پيوست

3 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیونهای تجهیزات دینامیک: Compressors & Pumps (reciprocating & centrifugal), Oil / Water Skid در ساخت یک مجتمع پتروشیمی تجهیزات متعددی مورد استفاده قرار می گیرد. برخی از ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 12500 تومان
 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

دستورالعمل جامع آشنایی با اصول طراحی سکوهای ثابت فلزی دریایی
فايل پيوست

مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 25000 تومان

دستورالعمل کاربردی و گام به گام طراحی سازه های باز بتنی (پایپ رک ها) و فونداسیون
فايل پيوست

مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 15000 تومان

دستورالعمل طراحی سازه های فولادی به روش DIRECT ANALYSIS METHOD بر اساس آئین نامه AISC با استفاده از نرم افزارهای SAP و ETABS
فايل پيوست

مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 12500 تومان

دستورالعمل طراحی فونداسیون های تجهیزات ارتعاشی (چرخشی، رفت و برگشتی)ـفارسی
فايل پيوست

مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 12500 تومان

تقویت کننده ی شبه تفاضلی کلاس-AB برمبنای اینورتر CMOS برای کاربردهای HF
فايل پيوست

 Abstract This paper presents a CMOS inverter-based c1ass-AB pseudo differential amplifier for HF applications using new sim pIe rail-to-rail CMFB circuit. The proposed circuit em ploys two CMOS inverters and the ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 5000 تومان

روش جاروب رو به عقب، برای حل پخش بار در شبکه های توزیع
فايل پيوست

Abstract A methodology for the analysis of radial or weakly meshed distribution systems supplying voltage dependent loads is here developed. The solution process is iterative and, at each step, loads are ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 8000 تومان

بازسازی سه بعدی و تشخیص چهره با استفاده از ICA مبتنی بر هسته و شبکه های عصبی
فايل پيوست

Abstract Kernel-based nonlinear characteristic extraction and classification algorithms are popular new research directions in machine learning. In this paper, we propose an improved photometric stereo scheme based on improved kernel-independent component ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 9000 تومان

ناحیه کاربری

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

رمز عبور خود را وارد نمایید.

مجله اینترنتی دیتاسرا
کلیه حقوق مادی و معنوی این وبسایت متعلق به گروه نرم افزاری دیتاسرا می باشد.
ایمیل:
support.datasara[AT]gmail[دات]com

Copyright © 2018