فهرست مطالب

فناوری های نوین در سیستم های انرژی - سال یکم شماره 1 (پیاپی 104، زمستان 1394)

نشریه فناوری های نوین در سیستم های انرژی
سال یکم شماره 1 (پیاپی 104، زمستان 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/11/30
  • تعداد عناوین: 6
|
  • توحید ادیبی* ، وحید فرهنگ مهر صفحات 1-10
    در این تحقیق، ابتدا سیکل سرمایش تراکمی ‏برای ایجاد سرمایش در مناطق گرمسیری ایران، در نرم‏افزارEES شبیه‏سازی شد. در این شبیه‏سازی‏ها، کمپرسور‏های مختلفی با بازده‏های متفاوت در نظر گرفته شدند. سیال عامل مورد استفادهR134a بود که با طبیعت سازگارتر است. محاسبات مربوط به سیکل سرمایش تراکمی ‏انجام شد و ضریب عملکرد و میزان انرژی الکتریکی مصرفی کمپرسور برای یک ساختمان 4 طبقه در شهر بندرعباس با زیر بنای حدود 300 متر مربع تعیین شد. در مرحله بعدی امکان جایگزینی سیکل سرمایش تراکمی ‏با سیکل سرمایش جذبی خورشیدی بررسی شد و میزان مساحت صفحه‏های خورشیدی مورد نیاز برای تامین گرمای لازم ژنراتور در چیلر جذبی محاسبه شد. محاسبات انجام شده نشان داد، با استفاده‏ از صفحات خورشیدی با مساحت مناسب و تامین انرژی گرمایی مورد نیاز سیکل سرمایش جذبی با انرژی خورشیدی رایگان، می‏توان انرژی الکتریکی مصرفی برای سیکل سرمایشی را در حد صفر کاهش داد.
    کلیدواژگان: سیکل سرمایش، انرژی خورشیدی، نرم افزار EES، مناطق گرمسیری، کمپرسور
  • یوسف یاسی* ، رضا علایی صفحات 11-19
    فراوانی پتانسیلهای آبی خیلی کوچک، و امکان استحصال انرژی پاک و ارزان از آنها گستره نوینی را در زمینه تولید غیر متمرکز انرژی پاک به جهانیان معرفی نمود و نظرهای مهندسین و دست اندرکاران تولید انرژی را در سه دهه آخر قرن بیستم به سوی توربین های آبی مایکرو جلب گردد. به همین منظور یک نمونه مایکرو توربین آبی جریان محوری از نوع کاپلان مورب °45، مناسب برای ارتفاع های و مقادیر جریان محدود، انتخاب گردید. در طراحی اولیه این توربین محور اصلی بوسیله سه یاتاقان که در داخل پوسته یاتاقانها قرار دارند در بیرون از پوسته اصلی توربین نگهداری شده و مابقی محور به همراه توپی و پره ها در داخل توربین به صورت آزاد و بدون هیچگونه تکیه گاهی قرارگرفته اند. آزمایشات انجام شده نشان دادند که با این ترتیب توربین از عملکرد مناسبی برخوردار نمی باشد و لذا برنامه ای جهت بهینه سازی آن تعریف و تدوین گردید. در راستای اجرای این برنامه و به منظور بهبود عملکرد توربین تکیه گاه دوم مناسبی در نزدیکی پروانه و در درون پوسته اصلی توربین طراحی، ساخته و نصب شد. انجام تست ها و آزمایش های استاندارد بر روی توربین، اثرات مطلوب و قابل توجهی در عملکرد توربین، ناشی از انجام این اصلاحات نشان دادند. این بهبود عملکرد در اثر ایجاد ثبات در عملکرد توربین و جلوگیری از لرزش و تصادم پره ها با پوسته اصلی توربین بوسیله تکیه گاه دوم امکان پذیر گردید. در این تحقیق نقاط کاری توربین (oprating point) پس از بهینه سازی و در شرایط مختلف زوایای پره توربین (باز و نیمه باز) تعیین و تحلیلی مقایسه ای ارائه می گردد.
    کلیدواژگان: توربین کاپلان مورب 45 درجه، نقطه عملکرد، محور اصلی
  • زهره هوشمند، مجید مهدویان * صفحات 20-32
    مصرف انرژی یکی از مهم ترین فاکتورهایی است که وضعیت توسعه یافتگی کشورها را نمایان می سازد. مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی، هم از نظر حفظ منابع انرژی و هم از نظر کاهش آلودگی های محیط زیست بسیار با اهمیت می باشد. در بین چهار بخش عمده صنعت، کشاورزی، ساختمان و حمل و نقل مصرف انرژی ساختمان ها در ایران با حدود 42% بیشترین مصرف را به خود اختصاص داده است. در این مقاله به منظور بهینه سازی مصرف انرژی، تاثیر تغییرات پارامترهای تاثیرگذار در میزان بار گرمایش و سرمایش ساختمان در میزان مصرف و هزینه برق و گاز یک ساختمان مسکونی توسط نرم افزار هپ کریر مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج شبیه سازی هزینه برق و گاز ساختمان با انجام اقداماتی چون تغییر دمای طرح داخل به میزان یک درجه سانتیگراد 7/7 و 4/3 درصد، کاهش میزان نفوذ به صفر، 6/2 و 6/18 درصد، استفاده از عایق پلی استایرن به ضخامت 10 سانتیمتر در دیوارهای خارجی، 5/4 و 3/15 درصد، تغییر پنجره از تک جداره به دوجداره با قاب وینیل 8/5 و 8/6 درصد، استفاده از بلوک لیکا با ضخامت 20 سانتیمتر به جای آجر توپر 5/10 سانتیمتری، 9/3 و 9/11 درصد و کاهش دمای آب گرم خروجی از پکیج به میزان 10 درجه سانتیگراد هزینه گاز 9/11 درصد، کاهش پیدا کرده است. در ضمن مناسب ترین جهت برای حصول کمترین هزینه برق و گاز وقتی است که بزرگترین دیوار در جهت شمال قرار گیرد و همچنین استفاده از سیستم پکیج و رادیاتور و کولر آبی موجب هزینه کمتر برق و گاز شده است. در ضمن با اعمال همزمان کل اقدامات، هزینه سالانه برق ساختمان 1/21 درصد و هزینه سالانه گاز 7/40 درصد کاهش داشته است.
    کلیدواژگان: بار حرارتی و برودتی، ساختمان مسکونی، بهینه سازی مصرف انرژی، نرم افزار Carrier
  • محمدحسین صابری مقدم، مجتبی ساعی مقدم *، محمد خرمدل صفحات 33-47
    در این مطالعه به بررسی عددی تاثیر دبی ورودی، نسبت هم ارزی دمای مخلوط متان-هوای ورودی بر دما، بازده و صدور آلاینده در مشعل مسطح پیش آمیخته مورد استفاده در پکیج چگالشی پرداخته شده است. افزایش سرعت جریان، در هنگام افزایش دبی ورودی به دلیل کاهش اتلافات به محیط، دمای مشعل را افزایش می دهد. افزایش دبی، منجر به تولید بیشتر آلاینده از مشعل نیز خواهد شد. از تقابل نرخ تولید و اتلاف حرارتی، نسبت هم ارزی 9/0 دارای بیشینه دما شد. با افزایش نسبت هم ارزی تا 9/0 دما و به تبع آن تولید آلاینده NOx افزایش یافت و با افزایش از آن نسبت هم ارزی، بدلیل غلبه اتلاف حرارتی بر نرخ تولید واکنش شیمیایی، دما کاهش یافت. در تولید آلایندهco با افزایش نسبت هم ارزی افزایش تولید این آلاینده مشاهده شد. در انتها دمای مخلوط سوخت و هوای ورودی مورد بررسی قرار گرفت. با افزایش دمای پیش مخلوط سوخت و هوای ورودی علاوه بر کاهش تولید آلاینده، دمای حاصل از احتراق نیز کاهش می یابد. در نهایت دبی مشعل 5/14 تا 5/17 لیتر بر ثانیه، نسبت هم ارزی 7/0 تا 8/0 و دمای مخلوط ورودی 400 کلوین به عنوان محدوده بهینه مربوط به کارکرد مشعل انتخاب شد.
    کلیدواژگان: احتراق پیش آمیخته، مشعل چند سوراخه، شبیه سازی عددی، نسبت هم ارزی و دبی ورودی، دمای مشعل و تولید آلاینده
  • محمد ایزدپناه استاد ، حسین بیکی * صفحات 48-54
    یکی از راهکارهای بسیار موثر در صرفه جویی مصرف انرژی درصنایع، استفاده از انرژی موجود در جریان های با دمای بالا می باشد. در این پژوهش، فناوری تولید همزمان برق و حرارت در صنعت سیمان مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از انرژی حرارتی موجود در گازهای داغ خروجی از کوره پخت کلینکر استفاده شده است.
    نتایج نشان می دهد که در صورت استفاده از گازهای داغ خروجی از کوره با دمای 0c570 می توان kj/s 9/57 کار در توربین تولید نمود. بعلاوه گازهای داغ خروجی از فرآیند به دمای 0c 68/173 می رسند و می توان از آن جهت مصارف گرمایشی کارخانه مانند تولید آب گرم، گرمایش محیط کار و رطوبت گیری از سیمان استفاده نمود.
    کلیدواژگان: تولید همزمان برق و حرارت، بازیافت حرارتی، صرفه جویی انرژی
  • سیدعرفان سلیمی پور *، مجتبی ساعی مقدم، شیما یزدانی صفحات 55-64
    امروزه موتور های هیدروژنی بطور گسترده ای در ماشین آلات مورد استفاده قرار می گیرند. افزودن هیدروژن در مقادیر کم و قابل کنترل به سوخت های اصلی نظیر بنزین، می تواند در کامل نمودن احتراق، به منظور تولید راندمان بالاتر و انتشار آلودگی کمتر استفاده شود. در این پژوهش، عملکرد یک موتور بنزینی چهار زمانهSI با استفاده از شبکه های عصبی از نوع GMDH و استفاده از یک روش تکاملی برای ایجاد ساختار شبکه بر اساس الگوریتم ژنتیک، مدلسازی شده است. بدین صورت که به کمک داده های آزمایشی موجود، درصد هایی از هیدروژن به بنزین افزوده شده و سپس قدرت ترمزی و راندمان حرارتی موتور بصورت توابعی از دور موتور و شدت جرمی سوخت، حاصل شده اند. بر اساس نتایج بدست آمده، این توابع عملکرد موتور آزمایشی مورد بررسی را با دقت قابل قبولی مدل کرده اند. همچنین نتایج مدلسازی نشان دادند که قدرت ترمزی وابستگی بیشتری به دور موتور و راندمان حرارتی وابستگی بیشتری به شدت جرمی سوخت دارد.
    کلیدواژگان: موتور بنزینی، هیدروژن، شبکه عصبی، قدرت ترمزی، راندمان حرارتی
|
  • T. Adibi *, V. Farhang Mehr Pages 1-10
    In this study, the compression cooling cycle was simulated by EES software for the purpose of cooling at the hot climate regions of Iran. In these simulations, different compressors with different efficiencies were considered. The working fluid was R134a which is more compatible with the environment. The calculations were conducted for the compression cooling cycle and both the coefficient of performance (COP) and the consumption of electrical energy in the compressors were determined for a four-story building located at Bandar Abass with the construction area of 300m2. At the second step, the possibility of substitution of compression cooling cycle with a solar absorption cooling cycle was studied and the required surface of solar collectors to supply the required heat for the generator in the absorption chiller was calculated. The calculations showed that with the utilization of solar collectors with appropriate surfaces and supplying the required thermal energy for the absorption cooling cycle with the free of cost solar energy, it is possible to decrease the consumption of electrical energy for the cooling of buildings at the hot climate regions of Iran to zero.
    Keywords: Cooling Cycle, Solar Energy, ESS Software, Tropics, Compressor
  • Y. Yassei *, R. Alayi Pages 11-19
    Axial flow micro hydro turbines are suitable for use in a large percentage of micro hydro potentials in Iran. The turbine under the study is an axial flow micro hydro of Kaplan type, with its main shaft subtending 45 º to the line of horizon. However the turbine was originally designed to operate without any guide vanes but due to its low performance a number of guide blades were included to the original design and so the operating conditions of the turbine were improved. The turbine was tested according to standard turbine tests. In order to study the performance of the turbine all the standard performance curves such as the operating curves were constructed. Operating curves help determine the operating point of the turbine under certain heads and flow rates. This work consists of appraisal of the operating characteristics of the turbine including a comparative study of the operating points for various blades settings.
    Keywords: Kaplan turbine diagonal 45?, Yield point, The main axis
  • Z. Hooshmand, M. Mahdavian * Pages 20-32
    Energy consumption is one of the most important factors that reveals development situation of the countries. Management and optimization of energy consumption due to both conservation of energy resources and reduction of environmental pollution is also very important. In Iran Among the four major sectors of industry, agriculture, construction and transportation, energy consumption of buildings with the highest consumption accounted for about 42 percent. In this paper in order to optimize energy consumption, the impact of changes in effective parameters on heating and cooling load of buildings in the consumption and cost of electricity and fuel has been studied by HAP Carrier software. According to simulation results, the costs of electricity and fuel to the building by taking steps such as changing the internal design temperature within one degree Celsius, 7.7 and 3.4 percent , lower infiltration rate to zero, 2.6 and 18.6 percent, the use of 10 cm thick polystyrene insulation in roof and exterior walls, 4.5 and 15.3 percent, change from single-glazed windows to double with vinyl frame, 5.8 and 6.8 percent, using 20 cm thick leca blocks instead of 10.5 cm thick solid brick, 3.9 and 11.9 percent has been reduced. Also, reducing hot water output temperature from package to 10 degree Celsius reduces gas costs to 11.9 percent. The most appropriate orientation for achieving the lowest cost of electricity and fuel is when the biggest wall towards the north, use the package system and radiator and evaporative cooler would lower the cost of electricity and fuel as well. In addition, the simultaneous application of all proceedings, the annual cost of electricity and fuel is reduced to 21.1 and 40.7 % respectively.
    Keywords: Heating, cooling load, Residential building, optimization of energy consumption, HAP Carrier
  • M.H.Saberi Moghaddam, M.Saei Moghaddam *, M.Khorramdel Pages 33-47
    In the present numerical study, the effect of inlet flow rate, equivalence ratio and inlet temperature are investigated on temperature, thermal efficiency and pollutant emission in the multi hole premixed burner. This burner is used in condensing boiler which is named premixed multi-hole flat flame burner. Due to decreasing of heat loss, Temperature increases by increasing of inlet flow rate. It caused to emitting more pollution from the burner. The maximum temperature is occurred in 0.9 equivalence ratio from interaction between reaction rate and heat loss from the burner. Increase of equivalence ratio to 0.9, causes increasing temperature and consequently NOx emissions from burner. An increase of equivalence ratio of 0.9, the temperature is reduced due to heat loss overcoming. On the other hand, CO Pollutant increases with increase of equivalence ratio. The effect of inlet temperature of fuel- air mixture is studied. It is observed, which by increasing of inlet temperature, pollutants (i.e. NOx and CO) and temperature is reduced. Finally, flow rate from 14.5 to 17.5 lit/s, range of 0.7 to 0.8 for equivalence ratio and inlet mixture with 400K are choosing the optimal operating range.
    Keywords: Premix combustion, multi hole burner, Numerical simulation, Equivalence ratio, inlet flow rate, Burner temperature, pollutant emission
  • M. Izadpanahostad , H. Beiki * Pages 48-54
    Using the energy of the high-temperature flows, one of the most effective ways to save the ‎energy in industries. In this paper, the technology of combined heat and power generation in the ‎cement industry was investigated. For this purpose, the thermal energy in the hot exhaust gases ‎from the furnace clinker was used. The results showed that when using the hot exhaust gases ‎from the furnace with a temperature of 570 C, 57.9 kJ/s works was done by turbine. In addition, ‎the temperature of the hot exhaust gases from the process reached to 100 C and this could be ‎used in heating purposes such as: production of hot water, space heating and dehumidification of ‎cement.‎
    Keywords: Combined heat, power, Heat recovery, Energy saving
  • S.E. Salimipour *, M. Saei Moghaddam, Sh. Yazdani Pages 55-64
    Nowadays, The hydrogen engines are widely used in machinery. Adding small and controllable amounts of the hydrogen in the main fuels such as gasoline can be used to complete the combustion, to produce higher efficiency and lower emissions. In this research, a four stroke SI engine operation is modeled using GMDH type of the neural networks and an evolutionary method to make the network structure, so that the percent of the hydrogen are added to the gasoline and then, the brake power and thermal efficiency of the engine are obtained as the functions of the engine speed and the fuel mass flow rate. Based on obtained results, these functions accurately evaluated the operation of the research engine. The modeling results also showed that the brake power has more dependency on the engine speed and the thermal efficiency has more dependency on the mass flow rate.
    Keywords: Petrol Engine, Hydrogen, Neural Network, Brake Power, Thermal Efficiency