بازده سیکل توربین گازی ساده به علت خروج گازهای حاصل از احتراق در دمای بالا از توربین پایین است بطوری که با به کار گرفتن انرژی حرارتی گازهای فوق می توان به بازده-های بالا دست یافت. همچنین بازده حرارتی دستگاه توربین گازی تابعی از ارزش حرارتی سوخت ورودی به محفظ? احتراق است و با افزایش ارزش حرارتی بازده افزایش خواهد یافت. رکوپراتور شیمیایی هر دو عامل ذکر شده را برای افزایش بازده در خود دارد. در رکوپراتور شیمیایی مخلوطی از سوخت گازی و بخار با استفاده از انرژی حرارتی باهم واکنش داده و گازهای سنتزی تولید می کنند که این گازها دارای ارزش حرارتی بالاتری هستند. از آنجایی که می توان حرارت مورد نیاز رکوپراتور را از گازهای خروجی توربین تامین کرد، استفاده از رکوپراتور شیمیایی در سیکل های توربین مورد توجه قرار گرفته است. به منظور تامین بخار آب مورد نیاز رکوپراتور از مولد بخار در سیکل استفاده می شود، که با تولید بخار مازاد بر مصرف رکوپراتور و تزریق آن به محفظه احتراق به همراه گازهای سنتزی خروجی از رکوپراتور، دبی جرمی عبوری از توربین افزایش پیدا کرده و در نتیجه کار ویژه و بازده سیکل بهبود می یابد. در تحقیق حاضر به دلیل اهمیت خنک کاری پره های توربین، مدل سازی توربین به صورت خنک شونده انجام شده است. برای مدل سازی رکوپراتور شیمیایی از معادلات بالانس انرژی و اگزرژی استفاده و اختلاف دمای گازهای ورودی به رکوپراتور و ترکیبات خروجی از رکوپراتور شیمیایی c?20 در نظر گرفته شده است؛ همچنین نسبت جرمی آب به سوخت باید مابین 3 و 5/7 باشد تا دوده داخل رکوپراتور شیمیایی تشکیل نشود و نیز به منظور جلوگیری از تشکیل بخارات اسیدی، حداقل دمای گازهای خروجی از دودکش c?140 فرض شده است. نتایج نشان می دهند که افزودن رکوپراتور شیمیایی به سیکل توربین گازی ساده موجب افزایش قابل ملاحظه ای در کار ویژه و بازده می گردد. به طوری که در دمای ورودی توربین c?1250 و نسبت جرمی آب به سوخت 6 کار ویژه نسبت به سیکل توربین گازی با بازیاب در حدود 9/51% ، بازده قانون اول 48/8 واحد و بازده قانون دوم 92/7 واحد افزایش می یابد، در حالی که این افزایش در مقابل سیکل ساده به 52% در کار ویژه و 57/10 واحد در بازده قانون اول و 93/9 واحد در بازده قانون دوم می رسد. همچنین با استفاده از رکوپراتور شیمیایی، نسبت فشار-های اپتیمم جهت کار ویژه ماکزیمم و بازده ماکزیمم به یک دیگر نزدیک می شوند که از نقطه نظر طراحی سیکل، یک مزیت به شمار می رود. از آنجایی که دمای گازهای خروجی توربین برای تبدیل کامل برخی از سوخت ها نظیر متان کافی نمی باشد لذا در این تحقیق، سوخت های مختلفی با دماهای تبدیل متفاوت مانند اتان و بوتان نیز مورد تحلیل قرار گرفته اند و نتایج نشان می دهند که هر چقدر دمای تبدیل سوخت به گازهای سنتزی کمتر باشد بازده سیکل نیز افزایش می یابد، ولی به دلیل بالا رفتن دمای شعله آدیاباتیک حاصل از گازهای سنتزی، سوخت کمتری مورد نیاز می باشد و کار ویژه سیکل افت پیدا می کند. در فصل نهایی مقدار آلاینده co2 حاصل از فرآیند احتراق در توربین گازی با رکوپراتور شیمیایی با سیکل ساده و سیکل با بازیاب مقایسه شده است و نتایج به دست آمده بیانگر کاهش قابل توجه مقدار co2 به ازای هر کیلوژول کار ویژه با به کارگیری بازیاب شیمیایی است. همچنین مقدار با استفاده از متان به عنوان سوخت، کمتر از سایر سوخت ها می باشد.

بازده سیکل توربین گازی به علت خروج گازهای حاصل از احتراق در دمای بالا از توربین پایین است. بطوریکه با بکار گرفتن انرژی حرارتی گازهای فوق می توان به بازده های بالا دست یافت. همچنین بازده حرارتی دستگاه توربین گاز تابعی از ارزش حرارتی سوخت ورودی به محفظه احتراق است و با افزایش ارزش حرارتی بازده افزایش خواهد یافت. در این تحقیق ابتدا تحلیل انرژی و اگزرژی سیکل توربین گازی ساده با بازیاب انجام شده است سپس به مطالعه سیکل توربین گازی با رکوپراتور شیمیایی پرداخته شده است. و در نهایت سیکل توربین گازی با بازگرمایش و رکوپراتور شیمیایی بررسی شده است

در مطالعه حاضر مشخصات جریان، دما و تولید آنتروپی در یک مجرای منحنی به روش عددی به دست آمده است. معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی، با فرض جریان پایا، سه بعدی و آرام به روش حجم کنترل حل شده و برای گسسته simple سازی عبارت های جابجایی و پخش از طرح بالادست مرتبه اول و برای پیوند میدان سرعت و فشار از الگوریتم استفاده شده است. نتایج عددی به دست آمده با داده های قبلی موجود مقایسه شده و تاثیر نسبت ظرافت سطح مقطع، عدد دین، شار گرمای اعمال شده به مجرا، نوع سیال عامل، تعداد و موقعیت ریب ها، اندازه ریب، نسبت ظرافت ریب و چرخش مجرا بر تولید آنتروپی بررسی شده اند. نتایج حاصل نشان می دهد که در یک نسبت ظرافت ثابت، در اعداد دین بالا و شار گرمایی پایین، تولید آنتروپی، عمدتا ناشی از اصطکاک بوده، در حالیکه در اعداد دین پایین و شار گرمایی بالا، تولید آنتروپی ناشی از انتقال گرما غالب تر است. در هر نمونه با عدد دین و شار گرمایی مشخص، یک حالت بهینه بر اساس اصل تولید آنتروپی کمینه وجود دارد. سیال عامل با لزجت بالا باعث افزایش تولید آنتروپی ناشی از اصطکاک می شود. نتایج حاصل از افزودن ریب به مجرا نشان میدهد که افزودن ریب به مجرا، تولید آنتروپی ناشی از انتقال گرما را می کاهد، در حقیقت ریب باعث افزایش و تقویت گردابه های ثانویه شده و عملکرد انتقال گرما را بهبود می بخشد. درحالیکه به خاطر افزوده شدن دیواره های جامد به مجرا و در نتیجه افزایش بازگشت ناپذیریهای اصطکاکی، تولید آنتروپی ناشی از اصطکاک افزایش می یابد. بررسی تعداد و ترتیب ریب نشان می دهد که ریب در دیواره بیرونی، دارای تولید آنتروپی کل کمینه می باشد.

در محاسبات نشان داده شده که افت فشار هر طرف مبدل با مساحت رابطه عکس از توان دو و با طول مبدل رابطه خطی دارد. روش های مختلفی را برای بهینه سازی در نظر گرفتیم که در هر کدام از این روشها برای هدف خاصی بهینه سازی صورت گرفته است. نتایج آنها در دو جدول مرتب شده است این جداول و دیگر نتایج بدست آمده می تواند راهکار خوبی برای انتخاب نوع مبدل با توجه به پارامترهای مختلف باشد.

خشک‏کردن محصولات کشاورزی یکی از قدیمی‏ترین راه‏های نگهداری آن هاست که برای جلوگیری از خرابی و تلفات محصول در مرحله پس از برداشت آن صورت می‏گیرد. سالانه بیش از 325 میلیون تن سیب زمینی در جهان تولید می شود و پس از گندم، برنج و ذرت چهارمین محصول استراتژیک جهان محسوب می شود.فرآورده خشک این محصول با کیفیت بالا، می‏تواند نقش مثبت در معادلات تجارت جهانی ایفا کند.میزان مصرف انرژی در طول فرآیند سهم بسزایی در اقتصادی بودن عملیات خشک‏کردن محصول دارد. تعیین میزان انتشار رطوبت و ضریب آن، نقش تعیین‏کننده در محاسبات و مدل‏سازی فرآیند خشک‏کردن ایفا می‏کند. در این تحقیقیک خشک‏کن سیکلونی به انضمام قطعات دیگر آن طراحی و ساخته شد. در این تحقیق، آزمایشات تحت شرایط مختلف دمای هوای گرم ورودی (سه سطح50، 60 و70 درجه سیلسیوس) و مدت زمان مختلف ماندگاری محصول در حمام اولتراسوند (سه سطح 15، 25 و35 دقیقه) به‏صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک‏های کامل تصادفی با سه تکرار جمعاَ با 27 تیمار اصلی به همراه چند تیمار شاهد صورت گرفت. خصوصیات اندازه‏گیری شده شامل چروکیدگی و تغییرات شاخص‏های رنگ نمونه‏ها و نیز تغییرات رطوبت محصول به‏صورت تابعی از زمان خشک‏شدن به همراه تغییرات دما و رطوبت هوا در موقعیت‏های مختلف خشک‏کن ثبت گردید. نتایج به‏دست آمده حاکی از آن بود که استفاده از پیش‏تیمار امواج اولتراسونیک تأثیر معنی‏داری روی سینتیک خشک‏کردن و پارامترهای کیفی آن از قبیل رنگ نداشت. هم‏چنین ضریب نفوذ موثر رطوبت، بین10-10×05/6 و10-10×16/10 مترمربع بر ثانیه متغیر بود که بالاترین ضریب در بالاترین سطوح شرایط دما و مدت زمان ماندگاری در حمام اولتراسوند به‏دستآمد و کمترین مقادیر ضریب نفوذ متعلق به سطوح پایین این دو مشخصه بود. زمان خشک‏شدن نمونه‏ها در استفاده از بالاترین و پایین‏ترین سطوح دما و مدت ماندگاری در حمام اولتراسوند به‏ترتیب برابر ?/??? و?7/???دقیقهبه‏دست آمد. از بین متغیرهای مستقل مورد مطالعه، دما تأثیر معنی‏داری روی مقدار چروکیدگی نهایی نمونه‏ها داشته است. اما تأثیر مدت زمان ماندگاری در حمام اولتراسوند غیر معنی‏دار بود. هم‏چنینتأثیر متغیرهای مورد مطالعه روی شاخص‏های رنگ به همین صورت به‏دست آمد. در مورد میزان انرژی و اگزرژی مصرفی، ورودی و هم‏چنینخروجی نیز می‏توان گفت که با افزایش میزان ماندگاری در حمام اولترا، تأثیری در میزان تغییرات مصرف انرژی و اگزرژی نداشته است.به‏طوری که بیشترین مقدار مصرف انرژی و نسبتمصرفانرژیبه‏ترتیب 388/7 کیلوژول بر ثانیه و 0124/0 در دمای 70 درجه سیلسیوس به‏دست آمد. کمترین مقدار مصرف انرژی و نسبتمصرف انرژیبه‏ترتیب 766/1 کیلوژول بر ثانیه و 0064/0 در دمای 50 درجه سیلسیوس حاصل شد بیشترین مقدار تلفات اگزرژی و بازدهاگزرژیبه‏ترتیب 72/1 کیلوژول بر ثانیه و 89/0 در دمای 70 درجه سیلسیوس به‏دست آمد. کمترین مقدار تلفات اگزرژی و بازدهاگزرژی نیزبه‏ترتیب 219/0 کیلوژول بر ثانیه و 44/0 در دمای 50 درجه سیلسیوس حاصل شد. زمان بهینه قرارگیری نمونه‏ها در حمام اولتراسوند، برای استحصال ضریب انتشار بالا و بموازات آن کاهش میزان مصرف انرژی، لزوماً بالاترین زمان بکارگیری اولتراسوند(35 دقیقه در این تحقیق)نیست. دلیل آن تخریب کانال‏های میکروسکوپی در زمان‏های بالای ماندگاری در حمام اولتراسوند ‎بود.

گسترش روز افزون نیاز به انرژی وافزایش مصرف آن باعث شده که تلاش های زیادی در زمینه شناخت منابع انرژی، مصرف بهینه آن وذخیره سازی انرژی صورت گیرد. یکی از روش های ذخیره سازی انرژی گرمایی استفاده از گرمای نهان ذوب یا انجماد ماده تغییر فاز دهنده است که در مواقعی که انرژی به آسانی در دسترس نیست ذخیره سازی شده و در مواقع دیگر از آن استفاده گردد. در برخی کاربرد ها که نیاز به آزاد یا ذخیره سازی انرژی با آهنگ زیاد می باشد. از روشهای مختلف افزایش آهنگ انتقال گرما در مخازن ذخیره انرژی گرمایی استفاده می شود که یکی از این روشها استفاده از پره ها در مخازن است. در کارهای قبلی تحلیل تقریبی مخازن ذخیره انرژی گرمایی در یک مخزن مکعب مستطیلی با پره های تخت را انجام داده شده است. نتایج نشان می دهد که کاربرد پره ها با شرایط مرزی مختلف باعث بهبود انتقال حرارت در مخازن ذخیره انرژی گرمایی میشود(مسایل انتقال گرمای مستقیم همراه با تغییر فاز). در کار حاضر هدف مطالعه فرایند فوق به صورت وارون می باشد بدین معنی که برای یک آرایش مشخص پره ها و مخزن ذخیره انرژی گرمایی با ابعاد دو شکل هندسی معین داده های اولیه مساله یعنی توزیع دما، موقعیت جبهه انجاد، یا ذوب کسر حجمی ماده و. . . معلوم فرضی می شوند و هدف تعیین شرایط مرزی یا خواص ترمو فیزیکی ماده می باشد (مسایل انتقال گرمایی و اروان همره با تغییر فاز). ابتدا نظریه مسایل وارون به طور کامل مرور شده و روشهای مختلف تحلیل اینگونه مسایل بیان می شوند سپس پیشینه پژوهش بررسی شده و نقاط ضعف و قوت آنها بیان می گردند. سپس مساله برای یک هندسه خاص با آرایش معین پره ها به صورت وارون حل خواهد شد تا شرایط مرزی مختلف برای حصول توزیع (دما) سرعت یش روی جبهه انجماد بدست آید. نتایج حاصل از این روش با نتایج کارهای دیگران در صورت موجود بودن و همچنین با نتایج روش مستقیم مقایسه شده و در خصوص خطا ها و روش ها بحث خواهد شد.

در این پایان نامه تولید توان از انرژی حرارتی تأمین شده توسط گردآورنده های خورشیدی لوله خلأ مورد بررسی قرار گرفته است. گردآورنده های خورشیدی لوله خلأ توانایی تولید گرما تا دمای °c150 را دارند. با توجه به دمای پایین منبع حرارتی، چرخه ی orc به عنوان چرخه ی تولید توان انتخاب شده است. شش آرایش مختلف چرخه ی orc به همراه دو نوع آرایش اتصال گردآورنده ی خورشیدی به چرخه ی تولید توان که در مجموع دوازده آرایش مختلف را ایجاد می کنند، مورد بررسی قرار گرفته اند. مدل سازی ترمودینامیکی چرخه های مذکور توسط نرم افزار ees انجام شده است. از میان سیال های موجود در بانک اطلاعاتی نرم افزار ees، با در نظر گرفتن معیارهای مختلفی مانند ایمنی، سازگاری با محیط زیست و خواص ترمودینامیکی سیال ها، هجده سیال به عنوان سیال عامل چرخه ی orc برای تحلیل انتخاب شده اند. در مجموع با در نظر گرفتن چرخه ها و سیال عامل های مختلف، 178 چرخه ی مختلف مورد بررسی قرار گرفته و بهینه سازی برای تولید توان خالص بیشینه در هر مورد انجام گرفته است. نتایج این پایان نامه نشان می دهند که افزودن مبدل حرارتی داخلی موجب بهبود عملکرد سیستم شده و توان تولیدی خالص را افزایش می دهد. البته این تأثیر، شدیداً وابسته به نوع سیال عامل مورد استفاده است، به طوری که کمترین تأثیر مربوط به سیال های تر و بیش ترین تأثیر مربوط به سیال های خشک است. افزودن گرمکن باز تغذیه هم، توان خالص سیستم را افزایش می دهد. البته برخلاف مبدل حرارتی داخلی، این تأثیر وابستگی چندانی به نوع سیال ندارد و برای همه ی سیال ها تقریباً یکسان است. افزودن گرمکن بسته ی تغذیه تأثیر تقریباً مشابهی با گرمکن باز تغذیه دارد. با توجه به تأثیر مثبت افزودن مبدل حرارتی داخلی و گرمکن باز یا بسته ی تغذیه، آرایش های orc با گرمکن تغذیه (باز یا بسته) و مبدل حرارتی داخلی بیش ترین توان تولیدی را در بین شش آرایش مورد بررسی orc دارند. برای آرایش اتصال htf با توجه به جمیع جوانب، isopentane به عنوان سیال عامل انتخاب شده است. بیشترین توان خالص با این سیال و آرایش اتصال htf، توسط چرخه ی orc با گرمکن بسته ی تغذیه و مبدل حرارتی داخلی تولید می شود. همچنین برای آرایش اتصال dvg با توجه به جمیع جوانب، acetone به عنوان سیال عامل انتخاب شده است. بیشترین توان خالص با این سیال و آرایش اتصال dvg، توسط چرخه ی orc با گرمکن باز تغذیه و مبدل حرارتی داخلی تولید می شود. این انتخاب ها با در نظر گرفتن معیارهایی از جمله توان خالص بیشتر، دبی حجمی کمتر، نسبت حجمی انبساط کمتر در توربین، دمای خود اشتعالی بیش تر و سازگاری بیش تر با محیط زیست انجام گرفته اند. چرخه های انتخاب شده از نظر نسبت حجمی انبساط در توربین وضعیت تقریباً مشابهی دارند. چرخه با آرایش اتصال dvg و سیال عامل acetone توان بیشتری تولید می کند، در حالی که چرخه با آرایش اتصال htf و سیال عامل isopentane دارای دبی حجمی کمتری در خروجی توربین است. مقادیر بازده سیستم که نسبت توان خالص تولیدی به توان تابشی ورودی به گردآورنده است، برای چرخه های منتخب برای آرایش اتصال dvg و htf به ترتیب برابر %696/9 و %27/9 است. تأثیر فوق گرم کردن سیال عامل در ورودی توربین می تواند در دو حالت کلی مورد بررسی قرار گیرد. برای چرخه هایی که دارای مبدل حرارتی داخلی هستند، فوق گرم کردن با هر سیال عاملی، تأثیر مثبتی در توان خالص چرخه دارد (البته میزان این تأثیر در سیالات تر، بیش تر و در سیالات خشک، کم تر است). اگر چرخه، بدون مبدل حرارتی داخلی باشد، سه حالت متفاوت وجود دارد. اگر سیال عامل تر باشد، باز هم باید ورودی توربین را تا حد امکان فوق گرم کرد. اگر سیال آیزنتروپیک باشد، تأثیر فوق گرم کردن ناچیز خواهد بود و اگر سیال خشک باشد، فوق گرم کردن تأثیر منفی بر توان خالص چرخه خواهد داشت و بهتر است ورودی توربین به صورت بخار اشباع باشد. تحلیل اگزرژی انجام شده نشان می دهد که بیش ترین برگشت ناپذیری سیستم در گردآورنده ی خورشیدی رخ می دهد. بعد از گردآورنده، توربین بیش ترین مقدار برگشت ناپذیری را دارد.

تکنولوژی پیل های سوختی به دلیل راندمان بالا، آلودگی کمتر، امکان استفاده از سوخت های مختلف، انعطاف درنوع انرژی تولیدی درسالهای اخیر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. از مزایای دیگر پیل سوختی میتوان به سازگاری آن با محیط زیست، عدم آلودگی صوتی بدلیل نداشتن قسمت های متحرک، قابلیت تولید همزمان گرما و الکتریسیته و استفاده درکاربردهای تولید غیر متمرکز انرژی اشاره کرد. در بین انواع مختلف پیل سوختی، فقط پیل هایی قابلیت استفاده در نیروگاه ها را دارند که دمای عملکردیشان بالا باشد که در این بین پیل های سوختی کربنات مذاب و اکسید جامد دارای این ویژگی هستند.ولی پیل سوختی اکسید جامد (sofc) گزینه اصلی برای استفاده در نیروگاه ها بشمار می رود. زیرا علاوه بر مزایای کلی پیل های سوختی، مزایای خاص پیل سوختی اکسید جامد از جمله راندمان بیشتر نسبت به پیل های سوختی دیگر، امکان استفاده از گرمای تولید شده در مجموعه (استک) پیل سوختی برای افزایش بازدهی مجدد، امکان ریفرم کردن سوخت ورودی بصورت داخلی در داخل استک پیل سوختی به دلیل دمای عملکردی بالای آن، نیاز نداشتن به کاتالیست های گران قیمت و کم بودن مشکل خوردگی آن بدلیل استفاده از الکترولیت جامد در ساختار آن باعث افزایش کاربرد این نوع پیل سوختی نسبت به سایر انواع پیل سوختی شده است.

در سال های اخیر از موتورهای گازسوز در زمینه تولید همزمان قدرت و حرارت استفاده های مختلفی شده است. با توجه به اینکه چرخه های ترکیبی نسبت به چرخه های دیگر دارای بازده بیشتری هستند، جهت افزایش قدرت خروجی، در کار حاضر یک چرخه ترکیبی تولید همزمان در مقیاس کوچک مورد مطالعه قرار گرفته است. این سیستم از دو تولید کننده ی همزمان با مولدهای قدرت متفاوت تشکیل شده است: سیستم تولید همزمان با موتور رفت و برگشتی گازسوز به عنوان چرخه بالادستی و سیستم تولید همزمان با چرخه رانکین که از گازهای حاصل از احتراق بهره می برد به عنوان چرخه پایین دستی. در بررسی دیگر جهت استفاده از انرژی سیال خروجی از چرخه و ایجاد برودت، از یک چرخه تبرید جذبی لیتیم بروماید-آب بهره گرفته شده است. در نمونه ای دیگر، یک چرخه تبرید جذبی آب-آمونیاک جایگزین چرخه رانکین شده است و یک چرخه تولید همزمان سه گانه را تشکیل می دهد. در این مطالعه ابتدا به بررسی عملکرد euf و دوم ترمودینامیک چرخه پایه، چرخه ترکیبی تولید همزمان دوگانه و سه گانه پرداخته می شود و با بهره گیری از نتایج به دست آمده از تحلیل ها، مقایسه ای بین چرخه ها صورت گرفته است. در مرحله بعدی، با توجه به مطالعات صورت گرفته و انتخاب عوامل موثر بر عملکرد چرخه ، بررسی پارامتریک بر روی چرخه ها انجام می شود. با محاسبه نسبت نابودی اگزرژی مشخص گردید که موتور بخش اعظم اتلاف اگزرژی را به خود اختصاص می دهد و چرخه های تبرید و سایر اجزا نقش بسیار کمی در اتلافات دارند. از این رو بهینه-سازی موتور و بهبود عملکرد موتور می تواند در عملکرد کلی چرخه نقش به سزایی داشته باشد.

چرخه های تولید توان با سیال عامل کربن دی اکسید فرابحرانی دارای ویژگی های منحصر بفردی همچون سادگی، جمع و جور بودن، ارزان بودن و داشتن امنیت و بازده بیشتر گزینه مناسبی برای نسل های بعدی راکتورهای هسته ای هستند. گزارش شده است که اگر این سیکل جایگزین سیکل بخار یا هلیوم شود به ترتیب به 30 و 15 درصد صرفه جویی اقتصادی منجر می شود. بازگرمایش و تراکم مجدد نیز بازده چرخه را افزایش می دهد. تحلیل اگزرژی پیشرفته نابودی اگزرژی در هر جزء را به دو قسمت درون زا و برون زا و همچنین اجتناب ناپذیر و اجتناب پذیر تقسیم می کند. این اطلاعات درک ما را در مورد برهم کنش میان اجزا بالا برده و ارتقاء سیستم را سریعتر می کنند.

در این مقاله، دو تئوری جدید برای اجکتور بر پایه اختلاط در فشار ثابت طرح ریزی شده و مدل ترمودینامیکی با استفاده از نرم افزار ees ارائه شده است. در دو بخش مختلف این دو مدل با سیکل تبرید جذبی گکس کوپل شده است. در بخش اول مدل ارائه شده برای اجکتور را در سیکل های گکس به دو آرایش مختلف جایگذاری نمودیم. در مدل اولی اجکتور باعث افزایش فشار جاذب و در دومی فشار کندانسور را نسبت به اواپراتور افزایش داد. در شرایط کاری یکسان این دو آرایش با 3 نوع آرایش متفاوت برای سیکل تبرید جذبی گکس، گکس استاندارد و دو نوع آرایش مختلف برای گکس هیبریدی مورد مقایسه از نقطه نظر قانون اول و دوم قرار گرفت. با بررسی انجام گرفته تاثیر دمای ژنراتور، اواپراتور و دمای نزدیکی و همچنین اختلاف غلظت بر روی بازده قانون اول و دوم و همچنین بر نرخ انتقال حرارت و نرخ اگزرژی و نرخ برگشت ناپذیری کل مورد تحلیل قرار گرفت. با مقایسه 5 نوع آرایش مذکور در شرایط یکسان، چنین نتیجه شد که از نقطه نظر قانون دوم و به لحاظ استفاده از اجکتور بجای کمپرسور سیکل گکس اجکتوری که باعث افزایش فشار کندانسور می شود نتیجه مطلوبی نسبت به سایر آرایش ها نشان می دهد(7/16? بیشتر از سیکل گکس استاندارد). با افزایش دمای ژنراتور از 410 تا 460 کلوین برای همه آرایش ها هم برای قانون اول و هم دوم نقطه بهینه ای بدست آمد که برای یکی از سیکلهای گکس هیبریدی این پیک در مختصاتی متفاوت بدست آمد. همچنین نتایج حاکی از این بود که اجکتور در سیکلهای گکس اجکتوری درصد نرخ نابودی اگزرژی بالایی به خود اختصاص داده است. در بخش دوم کار، مدل دوم اجکتور را با سیکل گکس هیبریدی ترکیب نموده و آرایش جدیدی بدست آوردیم. سیکل جدید را از دیدگاه بازده قانون اول و دوم مورد بررسی قرار دادیم. عملکرد سیکل جدید را با سیکل های تبرید جذبی تک اثره، گکس مرسوم و گکس هیبریدی در شرایط جاذب هوا خنک شو مورد مقایسه قرار دادیم. نتایج نشان می دهد که سیکل گکس هیبریدی اجکتوری در محدوده دمای بالای ژنراتور عملکرد بهتری دارد. همچنین افزایش نسبت فشار کمپرسور باعث افزایش بازده قانون اول و دوم می شود. افزایش نسبت انبساط اجکتور باعث کاهش بازده قانون اول می شود در حالیکه در مورد بازده قانون دوم رفتاری متفاوت دیده می شود.

روش های مختلفی بر ای ارتقای بازدهی و کاهش مصرف ویژه ی سوخت در توربین های گازی به کار گرفته شده است. توربین گاز نیز علاوه بر کاربرد نیروگاهی حسب پیدایش خود،کاربرد پیشرانه ی هواپیما را نیز دارد. هدف کاهش مصرف سوخت در نیروی جلوبرنده ثابت یک موتور جت دقیقا منطبق با ارتقای بازدهی توربین گاز می باشد. چون این توربین گاز علاوه بر وظیفه ی راندن کمپرسور، وظیفه ی تولید گاز برای ایجاد جت را دارد. حال با توجه به نسبت به جرم مولکولی بخار آب به محصولات احتراق قابل پیش بینی است که به طور ایده آل 60 درصد حجم ویژه گازهای تولیدی افزایش می یابد. نظر به اینکه به طور متداول رقیق سازی(کاهش دما) و یکنواخت سازی دمای محصولات احتراق در ورودی توربین گاز مستلزم آن بوده که کمپرسور هوای متراکم زیادی تولید کند، حال با وارد کردن آب به صورت بخار یا مایع اعمال فوق بدون نیاز به هوای اضافی انجام می گیرد. ضمن اینکه حجم ویژه ی محصولات احتراق حاوی بخار آب بالاتر از حالت خشک خود است. از طرف دیگر بالا بودن دمای محصولات احتراق در توربین گاز مستلزم خنک کاری پره ها بوده که باز هم از طریق هوای متراکم تولیدی مازاد کمپرسور عمل خنک کاری لایه ای در پره ها لازم بوده که با استفاده از محصولات احتراق مرطوب با دمایی کمتر نسبت به حالت خشک، نیاز به خنک کاری پره های توربین از بین می رود. در نتیجه به دو دلیل فوق نیاز به حجم هوای متراکم در کمپرسور کاهش می یابد و موجب کاهش ابعاد کمپرسور می گردد که از طرفی گشتاور لازم به اینرسی اولیه کمتر می گردد و همچنین توان انتقالی از توربین به کمپرسور نیز کاهش می یابد و بدین طریق ابعاد توربین و ظرفیت آن هم کمتر می گردد. در صورتی که اثر افزایش حجم ویژه برای تولید جت و نیروی جلوبرنده اولیه نیاز به کمپرسور و توربین کوچکتری داشته و به تبع آن مصرف سوخت کاهش می یابد. در این پروژه هدف اصلی بررسی ترمودینامیکی عملکرد توربین گاز با لحاظ نمودن اثر پاشش h_2 o به محفظه ی احتراق از دیدگاه قوانین آن مد نظر می باشد.

در این پایان نامه یک مدل ترمودینامیکی دو ناحیه ای برای بررسی فرآیند احتراق در یک موتور احتراق داخلی مجهز به محیط متخلخل استفاده شده است. یک برنامه کامپیوتری در محیط فرترن نوشته شده و با سابروتین های chemkin ii کوپل شده است. در این راستا یک مکانیزم سینتیک شیمیایی برای برای شبیه سازی شیمیایی به کار برده شده است که می تواند زمان بندی اشتعال، نرخ احتراق و مقدار آلاینده های co , hc و nox را به صورت مطلوبی پیش بینی کند. نتایج بدست آمده از این مدلسازی نشان می دهد که با استفاده از محیط متخلخل دمای بیشینه سیکل کاری موتور کاهش می یابد که باعث کاهش انتشار آلاینده ها می شود. به علاوه به دلیل بازیابی انرژی در محیط متخلخل مخلوط سوخت و هوای فقیر به راحتی مشتعل می شود که همین امر باعث کاهش مصرف سوخت می شود. عملکرد محیط متخلخل از دیدگاه قانون دوم ترمودینامیک نیز مورد بررسی قرار گرفته است. مقدار انتقال اگزرژی در اثر انتقال حرارت به دیواره و همچنین برگشت ناپذیری با استفاده از بالانس اگزرژی درون محفظه احتراق به دست آماده است. نتیجه حاصل شده نشان میدهد که اگزرژی منتقل شده به محیط متخلخل در حدود2.31% مقدار اگزژی منتقل شده در اثر گرمای تلف شده از دیواره و 0.4% مقدار برگشت ناپذیری می باشد.

با توجه به نگرانی های فزاینده در خصوص تخریب لایه اوزون و گرم شدن زمین مبردهای دوستدار طبیعت بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند. در این میان co2 با توجه به خصوصیات عالی آن از جمله سمی نبودن، فراوان و ارزان بودن، غیر مشتعل بودن و ... بیشتر مورد توجه بوده است. با این حال با توجه به اینکه دمای بحرانی دی اکسید کربن که برابر 31.1 درجه سلسیوس است، کمتر از دمای معمولی پس دهی گرما در سیستم های تبرید تراکمی است از دی اکسید کربن در سیکل های تبرید بحرانی گذر استفاده می شود. محققین جهت بهبود عملکرد این سیستم ها و افزایش ضریب عملکرد آنها از دستگاه منبسط کننده به نام اجکتور به جای شیر انبساط معمولی و از تراکم دو مرحله ای به جای تراکم تک مرحله ای استفاده کرده اند. کلیه کارهای گزارش شده در این خصوص از دیدگاه قانون اول و تحلیل اگزرژی معمولی انجام شده است. در سالهای اخیر مفهوم جدیدی از تحلیل اگزرژی معرفی شده است که در آن اثر برگشت ناپذیری های اجتناب پذیر و اجتناب ناپذیر اجزا روی هم مورد بررسی قرار می گیرد. بدین ترتیب برای هر جز ء چرخه چهار نوع تلفات اگزرژی محاسبه می شود که عبارتند از تلفات اگزرژی درونزای اجتناب پذیر(endogenous avoidable) ، تلفات اگزرژی درونزای اجتناب ناپذیر (endogenous unavoidable)، تلفات اگزرژی برونزای اجتناب پذیر (exogenous avoidable) و تلفات اگزرژی برون زای اجتناب ناپذیر(exogenous unavoidable) . در طراحی سیستم های حرارتی جدا کردن تلفات فوق از همدیگر در اجزاء مختلف یک سیستم می تواند بسیار مفید باشد. در این پایان نامه یک سیکل تبرید بحرانی گذر co2 با تراکم دو مرحله ای و با اجکتور انبساطی از دیدگاه نوین اگزرژی مورد بررسی و بهینه سازی قرار خواهد گرفت.

امروزه در صنعت تبرید عمدتا دو نوع سیستم به کار گرفته می شود: سیستم تبرید جذبی و سیستم تبرید تراکمی بخار.چندین مزایاو معایب برای هر دو سیستم می توان ذکر نمود. سیستم تبرید جذبی دوستدار محیط زیست بوده و می تواند منابع گرمایی دما پایین را به کار گیرد در حالیکه کارایی آن پایین است . سیستم تبرید تراکمی با کارایی بالاتری کار می کند ، زمان راه اندازی آن کمتراست ولی نیاز به انرژی الکتریسیته دارد. اخیرا در این راستا یک سیستم تبرید ترکیبی جذبی- تراکمی از طرف جانان جیمسیت و الهام اوزتورک از کشور ترکیه معرفی و مورد تحلیل قرار گرفته است .در این سیستم ترکیبی اوپراتور سیکل تبرید جذبی با کندانسورسیکل تبرید تراکمی کوپل شده و به این ترتیب یک سیستم آبشاری به وجود می آید که قادر به تولید برودت در دماهای خیلی پایین است . به هر حال این سیستم فقط از دیدگاه قانون اول موردمطالعه قرار گرفته و از دیدگاه قانون دوم تحلیل نشده است .تحلیل قانون دوم در سیستم های تبدیل انرژی بمراتب پرمعنی تر از تحلیل قانون اول می باشد. دراین پایانامه ضمن آشنایی با ادبیات فن سیستم های تبرید جذبی و تراکمی بخار ، سیکل آبشاری یاد شده را از دیدگاه اگزرژی تحلیل خواهد کرد . با این تحلیل نقاط ضعف سیستم از نظر برگشت ناپذیری هایی که درحقیقت نوعی معیار اتلاف انرژی ورودی است ، مشخص و راه کارهای لازم جهت بهینه سازی عملکرد آن ارائه خواهد شد.

در کار حاضر، تحلیل اگزرژی – اقتصادی و بهینه سازی دو هدفه چرخه ترکیبی موتور hcci و سیکل تبرید اجکتوری، انجام گرفته شده است.برای بررسی ترمودینامیکی چرخه تبرید اجکتوری یک مدل دو بعدی برای پیش بینی عملکرد اجکتور توسعه داده شده است. نتایج مدل با نتایج آزمایشگاهی موجود در ادبیات فن مقایسه شده و تا حدود زیادی پیش بینی عملکرد اجکتور بهبود داده شده است.این مدل قادر است در شرایط مختلف نسبت مکش و مساحت اجکتور را ، که نمایانگر هندسه اجکتور است، محاسبه کند. شبیه سازی اجکتور بر اساس مدل گاز ایده آل و روش اختلاط در فشار ثابت انجام گرفته است. در این مدل بازده بخش های مختلف اجکتور ، تلفات ناشی از اختلاط دو جریان به واسطه ویسکوزبودن سیال و اصطکاک دیواره در بخش سطح مقطع ثابت در نظر گرفته شده است. ازطرفی در طی دو دهه اخیر احتراق از نوع اشتعال تراکمی مخلوط همگن (hcci)، خود را به عنوان تکنیک شناخته شده و کاربردی برای انواع مختلف موتور های احتراق داخلی چه از نوع ساکن و چه از نوع متحرک نشان داده است. این نوع موتورها به دلیل داشتن مزیت هایی همچون هزینه کم، بازده تبدیل انرژی بالا، میزان پایین نشر آلاینده ها ، انعطاف پذیری دمای کارکرد و انعطاف پذیری در انتخاب نوع سوخت گزینه ای جدید برای سیکل های تولید توان ویا تبرید هستند. hcci به صورت فرایندی تعریف می شود که در آن مخلوط همگن سوخت و هوا، رقیق شده با هوا و محصولات احتراق، تحت شرایط مذکور متراکم شده و خود اشتعالی در انتهای کورس تراکم صورت می گیرد و به دنبال آن فرایند احتراق به وقوع می پیوندد. با توجه به اینکه موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن به دلیل مزایای ذکر شده، اخیرا مورد توجه محققین قرار گرفته است، استفاده از حرارت اتلافی گازهای خروجی موتور به عنوان منبع حرارتی چرخه تولید تبرید ، می تواند سیستمی کارا جهت تولید برودت ایجاد کند. و جهت انجام این کار، موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن که نوع جدیدی از موتورهای احتراق داخلی می باشد با سیکل تبرید اجکتوری ترکیب شده است. در کار حاضر جهت مدل سازی ترمودینامیکی موتور hcci از مدل احتراقی تک منطقه ای با سنتیک شیمیایی مفصل استفاده شده است که مدل آن به زبان فرترن توسعه یافته است و همچنین جهت مدل سازی ترمودینامیکی اجزای مختلف چرخه پایین دستی از نرم افزار matlab استفاده شده است. در نهایت بهینه سازی دو هدفه چرخه تبرید اجکتوری بر اساس بازده اگزرژی و هزینه نهایی تولید محصول به عنوان توابع هدف ، با استفاده از الگوریتم ژنتیک صورت گرفته است. نتایج حاصل از بررسی ترمو دینامیکی و اگزرژی اقتصادی چرخه تبرید اجکتوری، نشان می دهد که عملکرد چرخه به شدت متاثر از دمای کارکردی ژنراتور، اواپرراتور و کندانسور می باشد. به طوریکه با افزایش دمای اواپراتور هزینه واحد تولید محصول پیوسته افزایش می یابد و افزایش ظرفیت تبرید را نیز به دنبال دارد . همچنین از دیدگاه قانون دوم ترمودینامیک دما های بالای ژنراتور تاثیر مثبتی برعملکرد چرخه دارد. همچنین دمای کاری چگالنده (پس فشار اجکتور)خود را به عنوان پارامتر بسیار حساس در روند عملکرد اجکتور و چرخه تبرید اجکتوری معرفی می کند، به طوریکه با افزایش آن عملکرد چرخه از دیدگاه قانون اول و همچنین بازده اگزرژی چرخه بسیار افت پیدا می کند، البته کاهش هزینه نهایی تولید محصول (تبرید) را نیز به دنبال دارد. شایان ذکر است که هر چقدر چگالنده در دما های پایین تری کار کند، اجکتور کارایی بهتری از خود نشان می دهد و باعث بهبود عملکرد سیستم می گردد. در پایان نتایج حاصل از بهینه سازی نشان می دهند که در دمای ژنراتور5/94 درجه سلسیوس ،دمای کندانسور 4/33 درجه سلسیوس و دمای اواپراتور03/0 درجه سلسیوس چرخه تبرید اجکتوری از نظر بازده اگزرژی و هزینه نهایی تولید محصول(تبرید) در حالت بهینه قرار دارد.

امروزه تلاش بیشتری برای گسترش بهره برداری از منابع انرژی تجدید پذیر، به دلیل مسائلی چون عدم امنیت در مورد تأمین انرژی، هزینه و مهمتر از همه مسائل زیست محیطی ناشی از مصرف سوخت های فسیلی، انجام می شود. چرخه کالینا با توجه به مزایای آن در قیاس با چرخه رانکین (از نظر بازده و هزینه) در ساخت نیروگاه های جدید برای منابع حرارتی دما پایین، نظیر نیروگاه های زمین گرمایی به کار گرفته می شود. در این خصوص مقالاتی چند در ادبیات فن موجود است؛ که تحلیل انرژی و اگزرژی معمولی روی چرخه کالینا انجام گرفته و از نظر کارایی و هزینه با چرخه های رانکین آلی مقایسه شده است. به نظر می رسد تحلیل اگزرژی پیشرفته چرخه مذکور و تعیین نابودی های اگزرژی درونی و بیرونی، جهت طراحی این سیستم ها، لازم است. در این پژوهش به این مهم پرداخته شده است. تلاش شده تا عملکرد چرخه کالینا از دیدگاه تحلیل اگزرژی پیشرفته مورد بررسی قرار گیرد؛ نابودی اگزرژی در اجزاء چرخه محاسبه و به چهار قسمت درونی، بیرونی، اجتناب پذیر و اجتناب ناپذیر تقسیم شود. نتایج نشان می دهد که بخش اجتناب ناپذیر نابودی اگزرژی کل بسیار کوچکتر از بخش اجتناب پذیر است در نتیجه پیشرفت های صنعتی موجود به ما این اجازه را می دهد تا عملکرد چرخه را بهبود بخشیم. همچنین بخش درونی نابودی اگزرژی کل چرخه کمی کوچکتر از بخش بیرونی است و نشان می دهد که تأثیر ناکارآمدی ساختار چرخه، روی عملکرد چرخه، اندکی بیشتر از تأثیر برگشت ناپذیری اجزاء است.

با توجه به مزایای سیستم های تبرید چند مرحله ای نسبت به سیستم های تبرید تراکمی معمولی ( از جمله کاهش توان مصرفی ، دور وافزایش راندمان کمپرسور) تحقیقات زیادی در رابطه با تاثیر پارامترهای مختلف در کارکرد این نوع سیستم تبرید صورت می گیرد.در همین راستا در این پایان نامه در نظر است در نظر است تاثیر متغیرهای مختلف در عملکرد یک سیستم تبرید تراکمی دو مرحله ای دارای خنک کن میانی در مرحله اول و بهینه سازی آن در جهت کاهش توان مصرفی کل صورت گیرد. جمله پارامترهای مورد نظر عبارتند از :نسبت دبی جرمی مبرد مرحله دما بالا بهبه دبی مرحله دما پایین و دمای مبرد مرحله دما بالا و دما پایین در ورود به مبدل حرارتی

در این پایان نامه سیستم ترکیبی تولید سه گانه بر پایه ی توربین گاز با احتراق خارجی در ترکیب با گاز سازی زیست توده و همچنین ، چرخه کربن دی اکسید فرابحرانی و تبرید جذبی لیتیوم بروماید-آب از دیدگاه انرژی و اگزرژی مورد بررسی قرار گرفته است. در این کار به منظور شبیه سازی عملکرد ترمودینامیکی چرخه ها مدل هایی در نرم افزار ees توسعه داده شده است. همچنین تاثیر پارامترهای مهم در عملکرد سیستم ترکیبی بررسی شده و بهینه سازی بر اساس این پارامتر ها برای یافتن نقطه بهینه کارکرد سیستم انجام شده است. نتایج حاصله نشان گر این مطلب است که نابودی اگزرژی در سیستم ترکیبی در گاز ساز و محفظه احتراق بیشترین مقدار خود را داراست و پیش گرم کردن هوای ورودی به گازساز باعث کاهش برگشت ناپذیری های ناشی از اختلاف دمای محدود شده و بازده کل سیستم ترکیبی را در حالت بهینه از 32/38 % به 54/41 % می رساند. همچنین در میان زیست توده های مورد استفاده زیست توده چوب دارای بازده بیشتر است. در تحلیل اثرات زیست محیطی بر جا مانده از سیستم ترکیبی مورد بررسی، نتایج نشان گر این است که این سیستم به دلیل استفاده از انرژی زیست توده به عنوان انرژی پاک اثرات کمتری نسبت به سوخت های فسیلی مرسوم بر جا می گذارد. همچنین استفاده از سیستم تولید سه گانه باعث افزایش بازده و کاهش اثرات زیست محیطی می شود به طوری که سیستم ترکیبی با سوخت چوب دارای بازده 54/41 % و انتشار کربن دی اکسید 392/0 تن بر مگاوات-ساعت می باشد که در مقایسه با سوخت کاغذ که دارای بازده 4/41 % و انتشار کربن دی اکسید 389/0 تن بر مگاوات-ساعت است، دارای بازده بیشتر و همچنین انتشار کربن دی اکسید بیشتر است که در طراحی سیستم باید مورد توجه قرار گیرد.

با توجه به اینکه استفاده از سوخت گاز طبیعی تاثیر قابل توجهی در عملکرد موتور خواهد داشت لذا دراین تحقیق تاثیر استفاده از سوخت گاز طبیعی (ng) در عملکرد موتور از جمله توان ، گشتاور و درصد گازهای منتشر شده از اگزوز مانند هیدروکربورها ، مونواکسید کربن ، دی اکسید کربن و اکسیدهای ازت در موتور tu5 که یکی از رایج ترین موتور های مورد استفاده در کشور ما می باشد و روی خودروهای پرتیراژی مانند خودروهای پژو 206 و پژو 405 و پژو پارس نصب شده است تحت بارهای جزئی مورد بررسی قرار گرفت. برای استفاده از گاز طبیعی در این موتور از کیت تبدیل میکسری نسل اول استفاده شد، نتایج مشخص کرد که اختلاف توان و گشتاور ترمزی موتور به طور کلی با افزایش دور در تمامی بارها در دو نوع سوخت کاهش یافته و عملکرد موتور با سوخت گاز طبیعی و بنزین در دورهای بالا در حالت بارمتوسط تقریبا یکسان می باشد و میتوان گفت کمترین میزان مصرف ویژه سوخت با گاز طبیعی در تمامی دورها و بارها در دور 2500 در دقیقه بدست آمد. میزان انتشار آلاینده co در بار کم با سوخت گاز طبیعی نسبت به بنزین خیلی پایین تر بود ولی در بقیه شرایط بالاتر اندازه گیری شد و همچنین میزان آلاینده hc در بار کم در حالت سوخت گاز طبیعی کمتر از سوخت بنزینی بود و یکی از نکات مهم کاهش چشمگیر آلاینده nox با سوخت گاز طبیعی در تمامی شرایط بود در نهایت میزان دی اکسید کربن حدود 28 درصد کمتر از حالت بنزین بدست آمد.

در کار حاضر، تحلیل انرژی و اگزرژی بازیافت انرژی گرمایی زاید در سیستم تولید همزمان بر اساس lng و استفاده از آن در سیکل gax مدنظر قرار گرفته شده است. چرخه تولید توان بر پایه ال ان جی که متشکل از دوسیکل آبشاری برایتون است، به عنوان چرخه بالادست عمل می کند و از گرمای اتلافی آن در خنک کن میانی در سیکل برایتون فوقاتی، به عنوان منبع انرژی در چرخه تبرید گکس استفاده می شود. به منظور شبیه سازی و تحلیل ترمودینامیکی چرخه ترکیبی مورد مطالعه از نرم افزار ees استفاده شده است. تاثیرات دمای اواپراتور، نسبت فشار کمپرسور شماره یک و نسبت فشار کمپرسور چرخه برایتون میانی با سیال عامل n2 بر روی عملکرد کلی چرخه بررسی و تحلیل شده است. نتایج حاصل از مطالعه پارامتریک ترمودینامیکی نشان می دهد که به ازای نسبت فشار کمپرسور چرخه برایتون میانی تقریبا برابر با 7 و در شرایط دمای اواپراتور برابر با 5 درجه سیلسیوس و نسبت فشار کمپرسور شماره یک برابر با 575/6، بازده انرژی و اگزرژی چرخه بیشینه بوده و مقادیر آن به ترتیب برابر با 25/73% و 85/45% می باشند. همچنین نتایج حاصل از تحلیل اگزرژی بیانگر این حقیقت است که محفظه ی احتراق به دلیل رخ دادن واکنش های شیمیایی و وجود اختلاف دما و اختلاط درآن و آزاد شدن انرژی و مبدل حرارتی شماره دو به دلیل وجود اختلاف دمای زیاد ما بین جریان های سیالات ورودی و خروجی، بیشترین نرخ نابودی اگزرژی را در چرخه دارند که مقادیر آنها به ترتیب برابر با 5/325 و 99/32 کیلووات می باشند.