پایان نامه > کتابخانه مرکزی دانشگاه صنعتی شاهرود > مهندسی مکانیک > مقطع دکتری > سال 1399
پدیدآورندگان:
امیر ابراهیمی مقدم [پدیدآور اصلی]، علی جباری مقدم[استاد راهنما]، محمود فرزانه گرد[استاد راهنما]
چکیده: سیستم های تولید هم زمان سرمایش، گرمایش و قدرت (CCHP) واحدهایی هستند که بر اساس ترکیب سیکل های مختلف ترمودینامیکی (بهعنوان یک سیستم یکپارچه)، از انواع مختلف انرژی به بهترین حالت استفاده می کنند. استفاده از حرارت اتلافی از یک سیکل برای به کار انداختن سیکلی دیگر، در این سیستم ها متداول است. به همین دلیل، این سیستم های ترکیبی، نسبت به سیستم های پایۀ متشکل، دارای بازده بالاتر و سطح انتشار آلاینده های پایین تری هستند. از این رو، توجه محققان بسیاری به تحلیل این سیستم ها معطوف شده است.
بر اساس موارد یاد شده، در پژوهش حاضر، ضمن ارائه یک پیکربندی جدید از یک سیستم CCHP، در نظر گرفته شده است که با انجام یک مطالعه پارامتریک، تحلیل جامع انرژی، اگزرژی، اقتصادی، زیستمحیطی، اگزرژی-اقتصادی و اگزرژی-زیستمحیطی سیستم پیشنهادی انجام پذیرد. در انتها، به منظور نیل به شرایط بهینۀ سیستم، مقادیر بهینه پارامترهای مختلف تأثیرگذار بر مسأله ارائه خواهد شد. پیکربندی سیستم پیشنهادی متشکل از سیکل های برایتون به همراه بازیاب حرارتی و کالینا به-همراه بازیاب حرارتی (جهت تولید قدرت) و سیکل تبرید اجکتوری (جهت تولید سرمایش) بوده و یک مبدل حرارتی نیز در میان سیکلهای برایتون و کالینا تعبیه شده است (جهت تولید گرمایش). در سیستم پیشنهادی، استفاده از بازیاب حرارتی در سیکل برایتون دو مزیت به همراه دارد: در درجه اول باعث افزایش بازده سیکل برایتون می شود و علاوه بر آن، با کاهش دمای گازهای اتلافی، اختلاف دمای گازهای اتلافی و سیال عامل سیکل کالینا را به حداقل می رساند (که این امر موجب کاهش تولید انتروپی می-شود). مدلسازی مسأله در نرمافزار EES انجام شده و بهینهسازی آن از طریق ترکیب الگوریتم ژنتیک با مرتبسازی نامغلوب-II (NSGA-II) و شبکه عصبی مصنوعی (ANN) در نرمافزار Matlab انجام شده است.
نتایج نشان دهندۀ این است که بیشترین نرخ تخریب اگزرژی و هزینۀ ناشی از آن در محفظۀ احتراق سیکل برایتون اتفاق میافتد (بهدلیل افت فشار و تغییرات دمای بسیار زیاد در محفظه احتراق). در نقطۀ مقابل، پمپ 2 موجود در سیکل کالینا کمترین نرخ تخریب اگزرژی و هزینۀ تخریب اگزرژی را دارد. همچنین، مدلسازی اگزرژی نشان دهنده این است که سهم سیکل کالینا از کل تخریب اگزرژی سیستم رقم بسیار پایینی است که علت آن مربوط به ماهیت سیال عامل این سیکل است (پروفیل دمای آب-آمونیاک بهدلیل متغیر بودن میتواند با پروفیل دمای منبع گرم تطبیق پیدا کند و در نتیجه همپوشانی بهتری صورت میگیرد و مقدار تخریب اگزرژی کاهش مییابد).
نتایج مطالعه پارامتریک بیانگر این است که بیشترین و کمترین حساسیت شاخصهای ارزیابی، بهترتیب مربوط به تغییرات نسبت فشار کمپرسور و دمای خروجی از اواپراتور است. همچنین، به دلیل اثرات متقابلی که با ایجاد تغییرات پارامترهای طراحی در شاخصهای ارزیابی سیستم ایجاد میشود، نیاز به بهینهسازی چندهدفه را برای دستیابی به شرایطی که همه شاخصها بهطور همزمان در وضعیت مطلوبی قرار داشته باشند ضروری بهنظر میرسد.
با اعمال بهینهسازی چندهدفه، مقادیر بهینۀ چهار شاخص ارزیابی مهم سیستم، بهصورت مقابل حاصل شد: بازده بهرهبرداری انرژی EUE_opt=71.41%، بازده اگزرژی _(ex,opt)=31.53%، شاخص اگزرژی-اقتصادی (Ex) ̇_(eco,opt)=8.30 $/GJ و شاخص اگزرژی-زیستمحیطی (Ex) ̇_(env,opt)=156.53 kg/GJ. در این شرایط، مقادیر بهینۀ بارهای سرمایشی، گرمایشی و الکتریسیته بهترتیب 215.49 kW، 1250.93 kW و 1042.02 kW حاصل شد.
کلید واژه ها (نمایه ها):
#سیکل ترکیبی #سیستم تولید همزمان سرمایش گرمایش و قدرت #تحلیل اگزرژی-اقتصادی #تحلیل اگزرژی-زیستمحیطی #بهینه سازی چندهدفه
محل نگهداری: کتابخانه مرکزی دانشگاه صنعتی شاهرود
یادداشت: حقوق مادی و معنوی متعلق به دانشگاه صنعتی شاهرود می باشد.
تعداد بازدید کننده: