دکتر شیوا گرجیان
-
با توجه به افزایش تقاضا آب شیرین و تهدیدات اقلیمی همچون پدیده خشکسالی، اجرای روش های کارآمد در تصفیه آب و پساب ضروری است؛ بنابراین ارائه راهکارها در بخش کشاورزی و صنایع وابسته به آن، به عنوان بزرگ ترین مصرفکننده آب شیرین در جهان، بسیار حیاتی است. در این راستا، نمکزدایی پساب گلخانه ها و استفاده دوباره آن با اتکا به منابع مختلف انرژی، میتواند گامی بلند در جهت توسعه پایدار صنعت کشاورزی تلقی گردد. مبدلهای پوسته و لوله به عنوان رایجترین نوع مبدل در طیف گستردهای از صنایع کاربرد دارند. این پژوهش به طراحی، مدل سازی و بهینهسازی چهار مبدل حرارتی متصل به هم در شبکه حرارتی تصفیه پساب یک گلخانه به مساحت 2000 مترمربع واقع در تهران با استفاده از نرم افزارهای هایسیس و EDR پرداخته است. از مزایای این روش نسبت به اسمز معکوس، کاهش آلودگی محیط زیست و منابع آبی است. از جمله نوآوری های این مطالعه کاربرد روش حرارتی در صنعت کشاورزی است. نتیجه به دست آمده نشان میدهد که مبدل اول با چیدمان مربعی شامل 37 لوله به طول 1650 میلیمتر، مبدل دوم با چیدمان مربعی شامل 52 لوله به طول 1850 میلیمتر، مبدل سوم با چیدمان مثلثی شامل 24 لوله به طول 1700 میلیمتر و مبدل چهارم با چیدمان مربعی شامل 24 لوله به طول 800 میلیمتر، شبکه در حالت بهینه بوده و در هر ساعت 160 لیتر آب شیرین به گلخانه تحویل داده شد.
کلید واژگان: توسعه پایدار، کشاورزی، پساب گلخانه، نمک زدایی، مبدل پوسته و لولهDue to the increase in freshwater demand and climatic threats such as the drought phenomenon, it is necessary to implement efficient methods in water and wastewater treatment. Therefore, it is very vital to provide solutions in the agricultural sector and related industries as the largest water consumer in the world. In this regard, the desalination of greenhouse effluent and its reuse by relying on different energy sources can be considered a big step towards the sustainable development of the agricultural industry. Shell and tube exchangers are widely used in various industries. This research is focused on design, simulation, and optimization of four exchangers connected together in the wastewater treatment network of a greenhouse with an area of 2000 m2 located in Tehran using HYSYS and EDR software. One of the advantages of this method compared to reverse osmosis is that it reduces pollution of the environment and water sources. Among the innovations of this research is the use of thermal methods in the agricultural industry. The obtained result shows that the first converter with a square arrangement includes 37 tubes with a length of 1650 mm, the second converter with a square arrangement includes 52 tubes with a length of 1850 mm, the third converter with a triangular arrangement includes 24 tubes with a length of 1700 mm, and the fourth with a square arrangement consisting of 24 tubes with a length of 800 mm. The network is optimal, and 160 L/h of freshwater are delivered to the greenhouse.
Keywords: Agriculture, Desalination, Greenhouse Effluent, Shell, Tube Converter, Sustainable Development -
متمرکزکننده ها کارکرد های بسیاری دارند که یکی از آنها استفاده در فرآیند نمک زادیی از آب شور به روش تبخیر و تقطیر است. به دلیل وجود حرارت بالا در جاذب متمرکزکننده ها، این امکان فراهم می شود تا با طراحی یک سامانه مبدل حرارتی، زمینه تبخیر آب شور به وجود آید. در این پژوهش سعی شد تا به کمک روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) دو هندسه جاذب مارپیچی و استوانه ای بررسی شوند. برای این منظور، سیال عامل بر اساس ویژگی های آب شور دریا در نرم افزار Fluent Ansys تعریف شد و ایجاد هندسه و تحلیل حرارتی بر اساس شرایط اولیه و مرزی سامانه در نظر گرفته شدند. با بررسی نتایج اعتبارسنجی کیفیت شبکه بندی، شبکه بهینه در هر دو هندسه المان مربعی مربعی شکل بود. تحلیل حرارتی جاذب نشان داد که در هندسه استوانه ای، توزیع حرارتی در کف هندسه بیشتر است تا در سطح بالایی آن. نتایج تحلیل تغییرات عدد ناسلت، تمرکز تنش حرارتی را در مقطع خروجی سیال نشان دادند. با این همه، و برخلاف هندسه استوانه ای، توزیع حرارت در هندسه مارپیچ به طور یکنواخت، متقارن و بدون تمرکز تنش حرارتی بود. این تمرکز تنش در هندسه استوانه ای موجب می شود تا احتمال انتقال فرآیند تبخیر از داخل محفظه به لوله های انتقال به وجود آید. مقایسه نتایج تحلیل عددی رفتار حرارتی در دو هندسه جاذب نشان داد که مزیت هندسه مارپیچ در یکنواختی توزیع حرارت است که باعث افزایش بازده حرارتی در فرآیند نمک زدایی می شود. در مقابل، مزیت هندسه استوانه ای در طراحی ساده، جایگذاری آسان، عایق بندی سریع و استفاده از مواد قابل دسترس برای ساخت نسبت به هندسه مارپیچ است.
کلید واژگان: جاذب کانونی، سامانه تقطیر، متمرکزکننده خورشیدی، مطالعه عددیConcentrators have many functions, one of which is their use in the evaporation of liquids. Since a high level of heat is present in concentrator absorbers, it is possible to develop a heat exchanger system that enables the vaporization of salt water. One of the main components of these systems is the heat absorber, which is located at the focal point. In this study, an attempt was made to investigate two geometries of annular and hollow absorbers using the computational fluid dynamics (CFD) method. For this purpose, the working fluid was defined based on the properties of seawater in the Fluent Ansys software, and the creation of the geometry and thermal analysis was considered based on the initial and boundary conditions of the system. The results of the validation of the grid quality showed that the use of a tetrahedral grid with square grid order is suitable for the cylindrical geometry. Due to the dimensional symmetry of the geometry of the ring converter, the use of the simplest grid method leads to a high accuracy of the solver. The thermal analysis of the absorber has shown that with the cavity geometry, the heat distribution at the bottom of the geometry is greater than at the top. The results of the Nusselt number change analysis showed the concentration of thermal stress in the area of the liquid outlet. This stress concentration leads to a shift of the evaporation process from the inside of the chamber to the transfer tubes.
Keywords: Absorber, Distillation System, Numerical Analysis, Solar Concentrator -
طراحی، شبیه سازی و تحلیل یک پارکینگ خورشیدی مطالعه موردی: پارکینگ دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس
ایران ازجمله کشورهای با پتانسیل تابشی بسیار مناسب احداث پارکینگ خورشیدی است. با توجه به هزینه اولیه بالای احداث این پارکینگ ها، اهمیت امکان سنجی و طراحی بهینه آن ها بسیار بالاست. در پژوهش حاضر، طراحی و شبیه سازی یک پارکینگ خورشیدی متصل به شبکه، جهت احداث در دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس تهران انجام شد. بدین منظور، سامانه فتوولتاییک با در نظر گرفتن منطقه جغرافیایی و شرایط آب وهوایی شهر تهران در نرم افزار PVsyst انجام گردید. به همین منظور، زاویه سمت بهینه نصب ماژول های فتوولتاییک پارکینگ با رویکرد بیشینه سازی تولید برق سالیانه، 35 درجه تعیین شد. سپس ضمن تعیین نوع و مدل ماژول های فتوولتاییک و اینورتر خورشیدی، آرایش الکتریکی بهینه آن ها طراحی شد. همچنین تلفات بخش های مختلف سیستم ازجمله تلفات ناشی از سایه اندازی، بالا رفتن دما، سیم های رابط و... محاسبه، و فاصله و چیدمان بهینه ماژول ها ارایه شدند. بر اساس نتایج نهایی شبیه سازی انجام شده، میزان برق تولیدی پارکینگ 2/48 مگاوات ساعت در سال، ضریب عملکرد سالانه 791/0، نرخ کاهش تولید CO2 89/499 تن در مجموع 30 سال و همچنین تحلیل حساسیت و نرخ بازگشت سرمایه کمتر از 5 سال محاسبه شدند. نتایج حاصل از این پژوهش نشان دادند که اجرای پروژه در محل ارزیابی شده می تواند علاوه بر مزیت تامین برق تجدیدپذیر، ازلحاظ اقتصادی نیز توجیه پذیر باشد.
کلید واژگان: پارکینگ خورشیدی، برق خورشیدی، انرژی تجدیدپذیر، فناوری فتوولتائیکIran is one of the countries with a radiation potential that is very suitable for the construction of solar carports. Considering the high initial cost of constructing these parking lots, the importance of their feasibility and optimal design is very high. In the present study, the design and simulation of a solar carport connected to the power grid that was implemented at the Faculty of Agriculture of Tarbiat Modares University (TMU) in Tehran was carried out. For this purpose, the photovoltaic system was calculated in PVsyst software considering the geographical location and weather conditions of Tehran. In this case, the optimal side angle for installing the photovoltaic modules on the parking lot was set at 35 degrees to maximize the annual electricity production. Then, in determining the type and model of the photovoltaic modules and the solar inverter, their optimal electrical arrangement was designed. In addition, the losses of the various parts of the system were calculated, including the losses caused by shading, temperature rise, connecting wires, and so on; besides, the optimal spacing and arrangement of the modules were presented. Based on the final results of the simulation, the amount of electricity generated by the parking lot was 48.2 MWh/year; the annual power factor was 0.791; the reduction rate of CO2 production was 499.89 tons in a total of 30 years, and the sensitivity analysis and lower return on investment were calculated from 5 years onwards. The results of this study showed that the implementation of the project at the investigated site was economically justified in addition to the benefit of providing renewable electricity.
Keywords: Solar Carport, Solar Electricity, Renewable energy, Photovoltaic technology -
In the current energy and environmental conditions, it is necessary to implement systems based on renewable energy sources in order to reduce energy consumption worldwide. Solar collectors have been studied for years, and many researchers have focused their attention on increasing their efficiency and cost-effectiveness. Solar collectors are implemented for heating domestic water, heating or industrial processes. A promising system that is not yet widely known is air heating by solar collectors, which can be an efficient way to use solar energy with lower investment costs, a system that can preheat the fresh air needed for heating, drying. In this research, the air was established between the absorbent space and its glass cover at speeds of 2, 4, and 6 m/s using a fan, and the effect of incoming air speed and weather conditions such as solar radiation intensity, wind speed, and ambient temperature on the outlet air temperature from the collector and the absorber rod temperature were checked. Based on the obtained results, the temperature of the air coming out of the collector and the temperature of the absorber decreases with the increase in the speed of the incoming air. The greatest impact of weather conditions on the temperature of the absorber rod is related to the intensity of the sun's radiation. The numerical analysis results were obtained with an error of 5% compared to the experimental results.
Keywords: Linear parabolic collector, Solar Energy, Computational fluid dynamics -
انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر می تواند برای تولید حرارت و الکتریسیته استفاه شود. در بین سامانه-های تولید توان با استفاده از انرژی خورشیدی، سامانه ی فتوولتاییک حرارتی (PV/T) یک فناوری نسبتا جدید و پرکاربرد است که می تواند به طور همزمان انرژی الکتریسیته و گرما تولید کند. در سال های اخیر استفاده از مواد نانو در سامانه های خورشیدی به طور قابل توجهی گسترش یافته است. در پژوهش حاضر اثر استفاده از نانو سیال آب-آلومینیوم اکسید در سه غلظت حجمی 10/0، 075/0، 05/0 درصد و سه دبی حجمی ورودی 6/0، 9/0، 2/1 لیتر بر دقیقه بر بازده الکتریکی، بازده حراتی و بازده اکسرژی سامانه ی PV/T در ساعات مختلف روز به صورت عددی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و مقایسه آن با نتایج تجربی انجام شده است. دبی حجمی 2/1 لیتر بر دقیقه و غلظت حجمی 10/0 درصد نانوسیال آلومینیوم-اکسید با توجه به خنک کاری مناسب سامانه به عنوان نقاط ورودی بهینه به کار گرفته شدند. بیشترین مقدار بازده حرارتی که تابع اختلاف دمای ورودی و خروجی سیال است، در بیشینه شرایط تابش (W/m2960) با مقدار 53 درصد مشاهده شد. همچنین بیشترین مقدار بازده اکسرژی در فاصله ی زمانی بعد از ظهر (ساعت 16) با مقادیر 6/21 درصد و کمترین مقدار آن در فاصله زمانی ظهر (ساعت 13) با مقادیر 9/15 درصد مشاهده شد.کلید واژگان: انرژی خورشیدی، بازده انرژی، بازده اکسرژی، فتوولتائیک-حرارتی، نانوسیالSolar energy as a renewable energy source can be used to produce heat and electricity. Among solar energy power production systems, photovoltaic thermal (PV/T) technology is almost a new and widely-used hybrid technology that can simultaneously produce heat and electricity. In recent years, nanomaterials in solar energy systems have significantly increased. In the present study, the effect of using nano-fluid water-aluminum oxide at three volumetric concentrations (0.10, 0.07, and 0.05%), and three inlet flow rates (0.6, 0.9, and 1.2 l/min ) on the electric efficiency, thermal efficiency and exergy efficiency of PV/T system at different times of the day were numerically calculated using CFD. Then, their results were compared with the observed experimental results. The inlet flow rate of 1.2 liters min-1 and the aluminum oxide nano-fluid concentration of 0.10% were optimized as input points due to the proper cooling of the system. The thermal efficiency is a function of the difference between the inlet and outlet temperatures of the fluid, and its highest value was observed at the maximum irradiation condition (960 W/m2 ) with 53%. Additionally, the highest and lowest exergy efficiency values were 21.6% and 15.9%, respectively, in the afternoon.Keywords: Energy Efficiency, Exergy efficiency, Photovoltaic-thermal, Nanofluid, Solar Energy
-
Photovoltaic cells are a significant renewable energy source due to their cheap cost and renewability. In both warm sunny and colder and cloudier conditions, a-Si modules outperform c-Si modules on a normalized energy basis. This study investigated 1 m2 of amorphous photovoltaic silicon on curved surfaces. The Taguchi and response surface methods were utilized to expand the model in real terms. Results demonstrated the technology gap in the use of silicon crystal photovoltaics is eliminated. The maximum power in the Taguchi method test is 59.87 W, while the minimum power is 57.84 W when the system is deployed on a flat surface, and the maximum power in the RSM Test is 61.14 W when the system is deployed on a hemispherical surface, and the minimum power is 56.6 W when the system is deployed on a flat surface. The minimal performance was 7.1% on a level surface. The flat surface produced 810 kWh, the cylindrical surface 960 kWh, and the hemisphere 1000 kWh. The NPV at Flat surface is $697.52, with a 34.81%, IRR and an 8.58-year capital return period. Hemisphere and cylindrical surfaces both get $955.18. The investment yield was 39.29% for cylindrical constructions and 40.47% for hemispheres. On the flat surface, doubling fixed investment improved IRR by 21.3%. The cylindrical system increased by 25.59% and the hemisphere by 24.58%. The developed simulation model is empirically evaluated using a MATLAB computer tool; the key findings from the validation procedure are reported in this study.Keywords: Photovoltaic Cells, Renewable Energy, Amorphous Photovoltaic, Crystal Photovoltaic, MATLAB
-
In this study, the effect of covering the aperture area of a conical cavity receiver with an ultra-white glass on operational parameters of a Parabolic Dish Collector (PDC) was numerically and experimentally investigated under climate conditions of Tehran (35.44° N latitude and 51.10° longitude). The main components of the experimental setup include a dish reflector, a conical cavity receiver, Heat Transfer Fluid (HTF), hydraulic and cooling cycle, and a sun tracker. For this purpose, a conical cavity receiver with an ultra-white glass cover on its aperture was numerically modeled in Fortran software. During the evaluation, environmental parameters including ambient temperature, solar radiation, and wind speed were considered as inputs of the model. The results revealed fair agreement between the numerical and experimental data with the maximum error of approximately 4.63 % and 7.89 % for receivers with and without the glass cover on the aperture, respectively. For a steady-state analysis, the mean values of useful energy ( ) absorbed by the receiver were calculated as 1,253.25 W and 987.68 W, while thermal efficiency ( ) of the receiver was calculated as 52.61 % and 40.69 % for receivers with and without glass cover, respectively. The results revealed that both and followed a similar trend of the variations in the HTF’s temperature between the inlet and outlet of the receiver. Also, the overall heat loss coefficient ( ) and the collector heat removal factor ( ) were calculated as 420.76 W/m2°C and 0.62 for the conical cavity receiver with the glass cover.Keywords: Experimental analysis, Conical cavity receiver, Ultra-white glass cover, Parabolic dish concentrator
-
In the world today, fossil fuels as conventional energy sources have a crucial role in energy supply since they are substantial drivers of the “Industrial Revolution”, as well as the technical, social, and economic developments. Global population growth along with high levels of prosperity have resulted in a significant increase in fossil fuels consumption. However, fossil fuels have destructive impacts on the environment, being the major source of the local air pollution and emitter of greenhouse gases (GHGs). To address this issue, using renewable energy sources especially solar energy as an abundant and clean source of energy, has been attracted considerable global attention, which can provide a large portion of electricity demand. To make the most of solar energy, concentrated solar power (CSP) systems integrated with cost effective thermal energy storage (TES) systems are among the best options. A TES system has the ability to store the thermal energy during sunshine hours and release it during the periods with weak or no solar radiation. Thus, it can increase the working hours as well as the reliability of a solar system. In this paper, the main components of the solar thermal power systems including solar collectors, concentrators, TES systems and different types of heat transfer fluids (HTFs) used in solar farms have been discussed.Keywords: Solar Power, Greenhous gases, Concentrators, TES Systems, Heat Transfer Fluid
-
به منظور بررسی سینتیک خشک شدن میوه زرشک، آزمایش هایی در سه سطح دمایی و سه سطح سرعت بر روی نمونه های شاهد و تیمار شده با شوک حرارتی و امولسیون «6% کربنات پتاسیم + 3% روغن زیتون» در 3 تکرار در قالب طرح بلوک کاملا تصادفی و به صورت فاکتوریل اجرا گردید. بیشترین مدت زمان خشک شدن 2920 دقیقه، برای نمونه های شاهد در دمای Co60 و سرعت 3/0 متر بر ثانیه و کمترین مدت زمان 70 دقیقه برای نمونه های تیمار شده با امولسیون در دمای Co80 و سرعت 1 متر بر ثانیه ثبت شد. در این تحقیق از شبکه پرسپترون چندلایه با الگوریتم یادگیری لونبرگ- مارکوارت و توابع غیرخطی تانژانت سیگموئیدی و سیگموئید لگاریتمی برای مدلسازی فرایند خشک شدن استفاده شد. تعداد نورون های ورودی شبکه برابر چهار متغیر در ورودی (نوع پیش تیمار، دمای هوا، سرعت هوا و زمان) و خروجی شبکه میزان رطوبت زرشک می باشد. بهترین توپولوژی از شبکه MLP با الگوریتم یادگیری LM و تابع آستانه Tansig، 1-16-30-4 با ضریب همبستگی 9992/0 و خطای حقیقی 00025/0 بود. علاوه بر این بهترین توپولوژی از شبکه MLP با الگوریتم یادگیری LM و تابع آستانه Logsig، 1-5-25-4 با ضریب همبستگی 9991/0 و خطای حقیقی 00032/0 بود.
کلید واژگان: میوه زرشک، شبکه عصبی مصنوعی، پیش تیمار، بلوک کاملا تصادفی، پرسپترونIn order to investigate the effect of different levels of temperature، velocity and pretreatment on the drying time of thin layer of Barberries (berberis vulgaris)، an experiment using a factorial experiment conducted carried out based on completely randomized block design with three levels of temperature and three levels of velocity for untreated berries and treated berries with heat shocking and «6% k2co3 + 3% olive oil» emulsion with three replicates. Drying times were affected by temperature and pretreatment at the probability level of 99%. The maximum drying time was recorded 2920 minutes for untreated berries at the temperature and velocity of 60 ºC and 0. 3 m/s respectively and the minimum drying time was recorded 70 minutes for treated berries with k2co3 and olive oil emulsion. In our study multi layer perceptron (mlp) Neural Network with an adjustment learning algorithm of Levenberg-Marquardt with sigmoid logarithm and sigmoid tangent functions were used. The best topology of MLP with LM learning algorithm and Tansig threshold function can predict the moisture content was 4-30-16-1 with correlation coefficient of 0. 9992 and actual error of 0. 00025. Besides the best topology of this neural structure with Logsig threshold function can predict the moisture content was 4-25-5-1 with correlation coefficient of 0. 9991 and actual error of 0. 00032. These results indicate ability of artificial neural network to model and predict drying process.Keywords: Barberry fruit, Artificial Neural Network, Pretreatment, Completely randomized block, Perceptron
- این فهرست شامل مطالبی از ایشان است که در سایت مگیران نمایه شده و توسط نویسنده تایید شدهاست.
- مگیران تنها مقالات مجلات ایرانی عضو خود را نمایه میکند. بدیهی است مقالات منتشر شده نگارنده/پژوهشگر در مجلات خارجی، همایشها و مجلاتی که با مگیران همکاری ندارند در این فهرست نیامدهاست.
- اسامی نویسندگان همکار در صورت عضویت در مگیران و تایید مقالات نمایش داده می شود.