فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و سوم شماره 1 (فروردین 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/01/30
  • تعداد عناوین: 19
|
  • الهه نشاط*، مهرداد ناظمیان، رحیم خوشبختی صفحه 1

    بخش عمده ای از انرژی ورودی به سیلندر در یک موتور احتراق داخلی توسط عوامل مختلفی تلف می شود و فقط حدود یک سوم از این انرژی به کار مفید تبدیل می گردد. بنابراین ارایه راه حل هایی که بتواند بخشی از انرژی تلف شده موتور را بازیابی کند قابل توجه و مفید می باشد. در این مطالعه به بررسی تاثیر زمان شروع پاشش در موتور اشتعال تراکمی کنترل واکنشی بر ظرفیت حرارت هدر رفتی بازیافتی در این موتورها، پرداخته شده است. از همین رو از یک مدل دینامیک سیالات محاسباتی برای شبیه سازی موتور استفاده شده است. در ابتدا مدل با استفاده از داده های تجربی صحت سنجی شده و سپس زمان شروع پاشش سوخت دیزل تغییر داده شده و اثرات آنها بر روی نابودی اگزرژی، ضریب بهره وری، توان خروجی از موتور و آلاینده های تولیدی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان دادند که با زودهنگام کردن زمان شروع پاشش سوخت پارامترهای عملکردی همانند بازده قانون اول ترمودینامیک و آلاینده هایی خروجی از موتور از قبیل هیدروکربن های نسوخته و کربن مونواکسید به ترتیب افزایش و کاهش پیدا کرده اند. به علاوه اگزرژی حاصل از انتقال حرارت به دلیل بالا بودن انتقال حرارت در اثر بالا بودن دمای بار داخل سیلندر، افزایش یافته و همچنین بالا بودن دما باعث شده است که بازگشت ناپذیری به دلیل افزایش تعداد واکنش های شیمیایی افزایش یابد. زودهنگام کردن زمان آغاز پاشش سوخت، ضریب بهره وری سیستم را افزایش داده و بالاترین مقدار ضریب بهره وری در زمان شروع پاشش سوخت 20 درجه قبل از نقطه مرگ بالا ایجاد شده است.

    کلیدواژگان: موتورهای اشتعال تراکمی کنترل واکنشی، بازیافت حرارت هدر رفت، زمان شروع پاشش، نابودی اگزرژی، ضریب بهره وری
  • نوید کوششی*، مرتضی یاری دریامان، علی صابری مهر صفحه 2

    یکی از تازه ترین روش هایی که در سالهای اخیر بسیار مورد توجه دانشمندان در حوزه موتورهای احتراق داخلی قرار گرفته است، روش های احتراق در دماهای پایین است. در این بین نقش موتورهای اشتعال تراکمی کنترل واکنشی بسیار قابل توجه است. در این مقاله تلاش شده است تا با استفاده از نرم افزار کانورج تاثیر ترکیبات مختلف گازهای سنتزی تولید شده توسط روش های گازسازی، بر عملکرد موتور و آلاینده ها مورد بررسی قرار گیرد. برای رسیدن به این مقصود، از 4 نوع سوخت (ترکیب هیدروژن و مونوکسید کربن به عنوان گاز سنتزی ایده آل، هیدروژن خالص و دو نوع گاز سنتزی متفاوت خروجی از گازسازها) استفاده شده است. نتیجه این پژوهش انعطاف پذیری موتور در استفاده از سوختهای سنتزی متنوع را اثبات می کند. از سوی دیگر نتایج حاکی از آن است که گاز سنتزی تولید شده توسط روش های متداول مانند گازسازی، منجر به کاهش تولید اکسیدهای نیتروژن در ازای افزایش تولید دوده، نسبت به ترکیب ایده آل گاز سنتزی می گردد و این اختلاف با بالا رفتن میزان جایگزینی دیزل با سوخت سنتزی، افزایش می یابد. همچنین احتمال ناپایداری و حتی عدم شروع احتراق در بارهای کم، به علت وجود نیتروژن در ترکیب بعضی از گازهای سنتزی، دور از انتظار نخواهد بود. علی رغم مزایای بالای هیدروژن به عنوان یکی از اجزای اصلی گاز سنتزی، استفاده از آن به تنهایی و در مقادیر بالا با وجود کاهش مطلوب دوده، افزایش شدید نرخ افزایش فشار و میزان آلاینده اکسیدهای نیتروژن را در پی خواهد داشت که به هیچ عنوان مطلوب نیست.

    کلیدواژگان: موتور اشتعال تراکمی کنترل واکنشی، احتراق دما پایین، آلایندگی، گاز سنتزی
  • امین جودت*، مجتبی نجفیان، ابوالفضل محمدی صفحه 3

    از مشخصه های مهم شعله سوخت های فسیلی مایع و جامد، درخشندگی شعله و بالا بودن نرخ انتقال حرارت در مقایسه با شعله آبی رنگ گاز طبیعی است. استفاده از گاز طبیعی به جای سوخت های مایع و جامد، باعث کاهش راندمان حرارتی شده و این موضوع تولیدکنندگان صنعتی را با مشکلات زیادی مواجه نموده است. در این پژوهش با استفاده از تکنولوژی نبولایزر که به طور شایع برای انتقال داروهای افشانه ای (ایروسل شده) در بیماران ریوی استفاده می شود، اثر تزریق ترکیبات نفتی و بخار آب، توسط دستگاه نبولایزر بر بازده حرارتی و تولید آلاینده ها در شعله دیفیوژن گاز طبیعی مورد بررسی قرار گرفته است. دستگاه نبولایزر باعث ایجاد برش های میکرونی مایع تزریقی می گردد و با توجه به کاهش قطر ذرات تزریقی به زیر 10 میکرومتر، وجود جریان به شدت آشفته خروجی و اختلاط مناسب ترکیبات هیدروکربنی و بخار آب با سوخت گاز و هوای ورودی به مشعل، اثرگذاری تزریق جهت افزایش بازده و کاهش آلاینده ها افزایش می یابد. در نمونه بستر آزمون، تزریق یک درصد وزنی ترکیبات نفتی به شعله گاز طبیعی توسط دستگاه نبولایزر، موجب افزایش 2.5 درصدی راندمان حرارتی، کاهش 12 درصدی دمای گازهای خروجی از دودکش، کاهش 13 درصدی آلاینده و افزایش آلاینده مونواکسید کربن به میزان 6 درصد خواهد شد، همچنین تزریق 2 درصد وزنی قطرات آب به همراه 1 درصد وزنی ترکیبات نفتی، موجب افزایش بیش از یک درصد بازده حرارتی، کاهش 6 درصدی دمای گازهای خروجی از دودکش، کاهش بیش از 42 درصد آلاینده و کاهش آلاینده مونواکسید کربن به میزان 26 درصد خواهد شد.

    کلیدواژگان: سامانه آزمایشگاهی، گاز طبیعی، راندمان حرارتی، نبولایزر، آلاینده
  • حسین سلطانیان، محمد ضابطیان طرقی*، هادی پاسدارشهری صفحه 4

    در پژوهش حاضر گونه های مهم احتراقی با سنجش تابش مشعل سوراخدار بررسی شده است. تابش بکمک طیف سنجی فیبر نوری روی یک بستر آزمون دارای مشعل با فناوری جدید مورد استفاده در دیگهای چگالشی، تحلیل شده است. از نورتابی شیمیایی برای سنجش گونه های احتراقی *OH*،CH ، 2 *C ،2 *COو 2* O H استفاده شده است. به ازای نسبتهای مختلف همارزی و در توانهای 11-16 کیلووات از مشعل، شدت تابش گونهی 2 *CO که نقش مهمی در تعیین نرخ حرارت آزاد شده از شعله دارد، اندازهگیری شد که شدت بیشینه در محدوده 85/0>Φ>78/0 در تمامی مقادیر توان مشعل به دست آمد. همچنین بیشترین شدت تابش رادیکال *OH که در مراجع بیانگر دومین شاخص تعیین کنندهی نرخ حرارت آزاد شده از مشعل است، در محدوده 85/0>Φ>77/0 در توانهای کاری مشعل میباشد که در تطابق بسیار خوبی با محدودهی بیشینهی 2 *CO است. همچنین بیشترین محدوده دمای شعله در محدودهی 87/0>Φ>78/0 با استفاده از ترموکوپل اندازه گیری شد که با نتایج گونه های *OH و 2 *CO در ارزیابی بیشترین نرخ حرارت آزاد شده از شعله تطابق مناسبی دارد. بعالوه، نسبت شدت*CH*/ OH به صورت مستقل از توان مشعل به دست آمد که توسط سایر محققین نیز تایید شده است. بنابراین میتوان با سنجش تابش شعله، به نسبت هم ارزی آن پی برد.

    کلیدواژگان: طیف تابشی، گونه های احتراقی، نورتابی شیمیایی، آلاینده، مشعل شعله سطحی
  • احسان بهمنی، کیومرث مظاهری*، علیرضا علیپور صفحه 5

    توربین های گازی زمینی یکی از پرکاربردترین توربین ها می باشند که سوخت اصلی آنها گاز طبیعی است. بدلیل تغییر ترکیب گاز طبیعی تولید شده در پالایشگاه ها در زمان ها و مکان های مختلف، و همچنین تغییر ترکیب سوخت در خطوط گازرسانی به نیروگاه ها، خواص احتراقی ترکیب های مختلف، تغییر کرده و در بعضی اوقات، تاثیرات مضری را برجای می گذارد. به همین دلیل، روش هایی پیشنهاد شده است که تاثیرات منفی احتراق نامطلوب ایجاد شده در سوخت های هیدروکربنی به حداقل برسد که یکی از این روش ها، تزریق هیدروژن است. هیدروژن بدلیل دارا بودن خواصی همچون انرژی اشتعال پایین، واکنش پذیری بالا، قدرت نفوذ بالا و سرعت سوزش بالا، یک افزودنی خوب برای بهبود احتراق سوخت های هیدروکربنی بشمار می رود. در این پژوهش نیز سعی شده است که تاثیر دو سینتیک شیمیایی مختلف، تاثیر تغییر ترکیب سوخت گاز طبیعی و همچنین افزودن هیدروژن بمنظور بهبود احتراق ترکیب های مختلف سوخت و تاثیر فشار بر مشخصه های احتراقی بررسی شود. مشاهده شده است که در شرایط کاری درنظر گرفته شده در این پژوهش، سینتیک GRI3.0 عملکرد بهتری نسبت به سینتیک AramcoMech1.3 دارد. همچنین افزودن 10 درصد هیدروژن، باعث بهبود خواص احتراقی مورد بررسی از جمله بازه پایداری احتراق، شده است. با افزایش فشار نیز می توان به مقادیر بالاتری از دما و سرعت سوزش آرام دست پیدا کرد و بازه پایداری احتراق را گسترش داد.

    کلیدواژگان: توربین گازی زمینی، تزریق هیدروژن، سینتیک GRI3.0، سینتیک AramcoMech1.3، تاثیر فشار بر محدوده شعله وری
  • حسین عجم*، ایمان محمدی صفحه 6

    در این مقاله به بررسی همزمان اثرات نسبت هوای اضافی و مکانیزم های احتراقی بر روی دما و انتشار گونه ها در مشعل های محیط متخلخل با تغییر تخلخل پیوسته پرداخته شده است. برای این هدف از سینتیک های چند مرحله ای استفاده شده است و اثرات آنها بر روی پروفیل دما، کسر جرمی گونه های اصلی و انتشار آلاینده ها برای مقادیر مختلف نسبت هوای اضافی مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات حاکم بر مساله شامل معادله پیوستگی، معادلات مومنتوم، معادلات انرژی فاز گاز و جامد و معادله بقاء گونه های شیمیایی با استفاده از روش حجم محدود حل شده و از الگوریتم سیمپل برای ارتباط بین سرعت و فشار استفاده شده است. نتایج نشان داد که به ازای نسبت هوای اضافی 5/1، نتایج ناشی از مکانیزم های احتراقی دارای دقت یکسان در پیش بینی پروفیل دما و کسر جرمی گونه های اصلی هستند و بعد از آن برای مقادیر بیشتر نسبت هوای اضافی نتایج ناشی از مکانیزم های احتراقی اختلاف کمی را نشان می دهد. این در حالی است که بیشترین اختلاف در نتایج برای حالت استوکیومتری مشاهده می شود. همچنین در شرایط استوکیومتری میزان انتشار NO با استفاده از مکانیزم احتراقی GRI-3.0 مقدار صفر پیش بینی می شود و برای بقیه ضرایب نسبت هوای اضافی مقدار آن از مرتبه بزرگی 〖10〗^(-6) خواهد بود.

    کلیدواژگان: مشعل محیط متخلخل، سینتیک شیمیایی، تخلخل متغیر پیوسته، احتراق متقارن محور، نسبت هوای اضافی
  • مریم السادات علایی پور، مصطفی مافی*، منصور خانکی، مسعود ابراهیمی صفحه 7

    در دهه اخیر، سیستم های تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر در دسترس به عنوان یک گزینه مناسب جهت تامین نیازهای انرژی مناطق روستایی دور افتاده مطرح شده اند. این تحقیق، به مطالعات امکان سنجی توسعه سیستم های تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر در دسترس برای مناطق روستایی ایران واقع در اقلیم سرد و خشک کوهستانی (شامل سامانه های مبتنی بر انرژی خورشیدی و منابع زیست توده حاصل از کودهای دامی) می پردازد. منطقه روستایی مورد مطالعه در الموت شرقی استان قزوین واقع شده و شامل سه روستای سردسیر و سخت گذر پیج بن، نرملات و دینه رود است. سه سناریو برای تامین انرژی این منطقه روستایی ارایه و مطالعات فنی و اقتصادی آن انجام شده است. در مرحله اول، تمام گرمایش موردنیاز ساختمانی و تولید آبگرم و همچنین الکتریسیته موردنیاز با استفاده از سامانه های فتوولتاییک تامین می شود. در سناریو دوم، گرمایش و الکتریسیته از طریق سیستم بیوگاز و موتور CHP تامین گردیده است؛ و از حرارت موتور CHP جهت گرم کردن هاضم استفاده شده است. در سناریوی آخر، نیاز الکتریسیته توسط سیستم فتوولتاییک و نیازهای گرمایشی توسط بیوگاز پوشش داده شده است. در این سناریو، گرمای مورد نیاز جهت عملکرد هاضم توسط سیستم فتوولتاییک تامین می شود. در هر سناریو، حجم هاضم و تجهیزات سیستم خورشیدی محاسبه گردیده است. محاسبات فنی و اقتصادی نشان داد که سناریو دوم در نرخ های تنزیل 5%، 10% و 15% با ارزش فعلی خالص مثبت و نرخ بازده داخلی %44/24، %26/23 و %6/38 به ترتیب برای روستاهای پیج بن، نرملات و دینه رود، گزینه ای اقتصادی و بهینه ترین طرح است.

    کلیدواژگان: سامانه تولید انرژی، مناطق روستایی کوهستانی، محاسبات فنی و اقتصادی، فتوولتاییک، بیوگاز
  • امیرحسین ربیعی، سمیه داود آیادی فراهانی* صفحه 8

    در این نوشتار به ارایه الگوریتمی جدید بر اساس ویژگی های کنترل کننده های Fuzzy-PID به منظور برآورد شار حرارتی در مسایل انتقال حرارت هدایتی معکوس پرداخته شده است. ساختار اصلی Fuzzy-PID، کنترل کننده PID بوده که در آن بهره های تناسبی، انتگرال گیر و مشتق گیر توسط سیستم فازی بصورت آنلاین بدست آورده می شوند. ورودی الگوریتم دماهای اندازه گیری شده در داخل مدل مورد مطالعه است که در هر لحظه کنترل کننده هوشمند، شار حرارتی مناسب به منظور تطبیق دمای اندازه گیری شده با دمای ورودی مطلوب را محاسبه می کند. یکی از مزیتهای الگوریتم پیشنهادی، دنباله ایی بودن آن در تخمین شار حرارتی است. مدل مورد مطالعه یک صفحه تخت با یک سطح عایق و سطح فعالی که بر آن شار حرارتی متغیر با زمان اعمال می شود، می باشد. تغییرات شار حرارتی می تواند با زمان به صورت ثابت، پله ایی و مثلثی در نظر گرفته شود. دماهای اندازه گیری شده در سطح فعال و غیرفعال با شبیه سازی عددی به دست آورده شده است. اثر نویز موجود در دماهای اندازه گیری بر دقت روش پیشنهادی بررسی شده است. نتایج حاصله از تخمین ها و آنالیز خطا نشانگر آن است که این الگوریتم در برآورد شکل های مختلف شار حرارتی با مقادیر مختلف نویز موجود دردماهای اندازه گیری شده و موقعیت های مختلف ترموکوپل در دیواره با دقت خیلی خوبی کاملا موفق بوده است.

    کلیدواژگان: شکل های مختلف شار حرارتی، روش آنلاین معکوس، نویز، فیلتر، کنترل کننده Fuzzy-PID
  • محمد مهدی محمدی، محمد مهدی برزگری* صفحه 9

    پیل سوختی پلیمری با توجه به وجود صفحات متعدد با هندسه و خواص مکانیکی متفاوت به عنوان یک سیستم با ساختار پیچیده در نظر گرفته می شود. شناخت این ساختار جهت طراحی پیل سوختی در برابر بارهای دینامیکی وارده مانند شوک و ارتعاش امری ضروری می باشد. در این مقاله، آزمون مودال پیل سوختی 400 وات که از 4 سلول تشکیل شده است انجام گردید و داده های آزمایشگاهی بدست آمده با نتایج شبیه سازی عددی مورد مقایسه قرار گرفت. پیل سوختی مورد نظر در جهات عرضی و طولی تحریک شده و نتایج خروجی سنسورها در چند نقطه ثبت گردید. سپس، با تفسیر نتایج در حوزه زمان و استفاده از روش پاسخ فاز، فرکانس طبیعی عرضی و طولی اول مدل استخراج گردید. نتایج آزمون نشان داد که فرکانس عرضی اول مدل 500 هرتز و فرکانس طولی اول حدود 2500 هرتز است. همچنین، مقایسه فرکانس های بدست آمده از آزمون و تحلیل عددی، اختلاف حداکثر 8 درصد را نشان می دهد. بنابراین، تحلیل عددی مدل با جزییات کافی می تواند به شکل مناسبی خواص ارتعاشی مدل واقعی را پوشش دهد. همچنین، نتایج نشان داد که با تغییر 45 درصدی خواص هندسی و مکانیکی غشا، فرکانس طبیعی پیل سوختی تقریبا 4% تغییر می بابد. حذف صفحات غشا علاوه بر کاهش تعداد المان های مدل منجر به کاهش قیود تماس نیز می گردد، به طوری که در پیل سوختی مورد نظر هزینه محاسباتی با حذف صفحات غشا در مدل عددی 17% کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: پیل سوختی پلیمری، آنالیز مودال، فرکانس طبیعی، شبیه سازی اجزای محدود
  • علیرضا صادقی، محسن کاشی پرپینچی، سید عباس سادات سکاک*، منصور خانکی صفحه 10

    گاز طبیعی مایع شده توسط سرمایش گاز طبیعی تا 162- درجه سلسیوس در فشار اتمسفر به دست می آید. متان جزء اصلی ترکیب شیمیایی گاز طبیعی مایع شده است که برای منابع مختلف بین 87 تا 8/99 درصد متفاوت است. چرخه تولید توان کرایوژنیک با استفاده از گاز طبیعی مایع شده به عنوان چاه حرارتی، به یکی از راه کارهای قابل توجه برای بازیابی اگزرژی سرمایشی گاز طبیعی مایع شده تبدیل شده است. در مطالعه حاضر یک چرخه تولید توان رانکین دو مرحله ای به منظور بازیابی اگزرژی سرمایشی گاز طبیعی مایع شده با بکار بردن سیال عامل تک جزیی در هر مرحله به عنوان پایه در نظر گرفته شده است و بر اساس آن یک چرخه تولید توان رانکین سه مرحله ای با استفاده از سیال عامل مخلوط پیشنهاد شده است. بهینه سازی چرخه با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات انجام می شود. عملکرد چرخه تولید توان رانکین سه مرحله‎ای با تاثیر راندمان حرارتی، راندمان اگزرژی، ضریب کلی انتقال حرارت چگالند ه‎ها و فشار توزیع گاز طبیعی بررسی شده است. توان تولیدی ویژه چرخه رانکین سه مرحله ای 45/100، راندمان حرارتی 76/12 درصد و راندمان اگزرژی 92/27 درصد می باشد که افزایش قابل توجهی را نسبت یه چرخه پایه نشان می‎دهد. با کاهش مقدار ضریب کلی انتقال حرارت چگالنده های مراحل مختلف چرخه حداکثر توان خروجی چرخه با روندهای متفاوتی کاهش می یابد. نتایج نشان می دهد که با کاهش فشار توزیع گاز طبیعی توان تولیدی ویژه، راندمان حرارتی و راندمان اگزرژی به مقدار محسوسی افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: گاز طبیعی مایع شده، چرخه تولید توان رانکین، اگزرژی سرمایشی، بازیابی گاز، تولید توان
  • مهران عبدالعلی پورعدل، شهرام خلیل آریا*، فرزاد محمدخانی صفحه 11

    استفاده از سیستم های تولید همزمان به سرعت در جهان در حال گسترش می باشد. با وجود این که منطقه زمین گرمایی سبلان یکی از مهم ترین مناطق زمین گرمایی ایران می باشد، مطالعه ای در خصوص امکان سنجی سیستم های تولید همزمان در این منطقه انجام نگرفته است. با هدف پر کردن خلا موجود در این زمینه، در این مقاله امکان استفاده از یک چرخه ترکیبی جدید برای تولید همزمان توان، هیدروژن، اکسیژن و برودت از چاه های زمین گرمایی سبلان پیشنهاد و مورد مطالعه قرار گرفته است. چرخه پیشنهادی، ترکیبی از تبخیر آنی دو مرحله ای از چاه های زمین گرمایی سبلان به عنوان منبع حرارتی، چرخه ی رانکین آلی به عنوان مولد انرژی برای تولید هیدروژن از الکترولایزر غشاء پروتونی و سیستم تبرید جذبی تک اثره به عنوان قسمت تولید سرمایش می باشد. ابتدا شبیه سازی ترمودینامیکی چرخه تولید همزمان با استفاده از نرم افزار ای.ای.اس انجام شده و سپس تاثیر پارامترهای موثر همانند فشار جداساز اول و دوم، دمای اواپراتور رانکین، اختلاف دمای نقطه ی تنگش، دمای ژنراتور، نسبت کار ورودی به سیستم غشایی و دمای محیط بر عملکرد سیستم بررسی شده است. طبق بررسی پارامتریک با افزایش فشار جداساز اول و دوم مقدار بازده حرارتی و برودت افزایش می یابند در حالیکه مقدار تولید هیدروژن با فشار جداساز اول کاهش و با فشار جداساز دوم افزایش می یابد. طبق نتایج حاصله، توان خالص تولیدی، تولید هیدروژن، سرمایش، بازده حرارتی و بازده اگزرژی به ترتیب 14749 کیلووات، 25/13 کیلوگرم بر ساعت، 10925 کیلووات، 34/22 درصد و 62/50 درصد حاصل شده است.

    کلیدواژگان: تحلیل ترمودینامیکی، نیروگاه زمین گرمایی سبلان، الکترولایزر غشاء پروتونی، تبرید جذبی، چرخه ی رانکین آلی
  • محمدرضا سنگتراش، سعید فراهت*، مصطفی دهقانی محمدآبادی صفحه 12

    سرمایش هوای ورودی به کمپرسور بویژه در اقلیم های گرم تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی افزایش توان خروجی توربین های گاز دارد. روش های متداول خنک کاری هوای ورودی بطور عمده شامل سیستم های سرمایش تبخیری و افشانک آب و چیلرهای جذبی و تراکمی بخار هستند. مصرف آب در سیستم های سرمایش تبخیری و افشانک آب و مصرف برق و هزینه سرمایه گذاری در سیستم های تبرید جذبی و تراکمی بخار بالا است. بنابراین، هدف از پژوهش حاضر بررسی امکان استفاده از سرمایش تشعشعی شبانه جهت خنک کاری هوای ورودی به کمپرسور توربین گاز است. این شیوه تبرید در زمره فناوری های تجدیدپذیر و غیرفعال قرار می گیرد. در این شیوه آب در گردش مورد استفاده جهت خنک کاری هوای ورودی به کمپرسور، شب هنگام و در تبادل تابش با آسمان با استفاده از کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت فاقد شیشه خنک شده و سپس به مخزن ذخیره جهت استفاده مجدد در روز بعد باز می گردد. تاثیر پارامترهایی نظیر تعداد کلکتورها و نحوه آرایش کلکتورها به صورت سری یا موازی بر روی ظرفیت سرمایشی سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین حجم مخزن مورد نیاز جهت ذخیره سازی آب برگشتی از کلکتورها محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد که خنک کاری هوای ورودی به کمپرسور به مدت شش ساعت در روز نیازمند یک منبع ذخیره آب با حداقل گنجایش 1000 مترمکعب است. همچنین با استفاده از 400 کلکتور با آرایش موازی و یک مخزن ذخیره 1000 مترمکعبی، میزان برق تولیدی بطور میانگین MWh 2 افزایش می-یابد.

    کلیدواژگان: توربین گاز، سرمایش هوای مکش، سرمایش تشعشعی شبانه، سرمایش غیرفعال، کلکتور خورشیدی
  • ناهید ازادی، فرامرز سرحدی*، فاطمه صبح نمایان صفحه 13

    در این مقاله تحلیل حرارتی سیستم دیوار خورشیدی دارای سلول های فتوولتاییک و موادتغییرفازدهنده (PCM) به صورت عددی بررسی شده است. برای مدل سازی حرارتی سیستم مذکور، تعادل انرژی برای اجزاء مختلف آن شامل سلول های فتوولتاییک، کانال هوا، صفحه جاذب، ماده تغییرفازدهنده و اتاق نوشته شده است. اعتبارسنجی نتایج عددی در تطابق خوبی با داده های تجربی پژوهش های پیشین است. در مطالعات پارامتری تاثیر ضخامت PCM، دبی هوای ورودی به کانال، عرض کلکتور و درصد پوشش سطح بر افزایش دمای اتاق و متوسط بازده انرژی سیستم در چهار روز متوالی بررسی شده است. نتایج نشان داد که ضخامت مطلوب PCM مقدار 05/0 متر است. افزایش بیشتر مقدار ضخامت PCM باعث کاهش دمای اتاق و بازده انرژی می شود. افزایش دبی هوای ورودی به کانال باعث کاهش دمای سلول های فتوولتاییک و افزایش بازده الکتریکی و در نتیجه افزایش بازده انرژی می شود. ولی کاهش دمای اتاق را سبب می گردد. بنابراین مقدار دبی مطلوب برای هوای ورودی به کانال kg/s 04/0 به دست آمد. افزایش عرض کلکتور، علی رغم افزایش دمای اتاق باعث کاهش بازده انرژی می شود، بنابراین عرض مطلوب برای کلکتور 7/0 متر به دست آمد. افزایش مقدار پوشش سطح باعث افزایش دمای اتاق و کاهش بازده انرژی می شود. بنابراین مقدار پوشش سطح 5/0 به دست آمد.

    کلیدواژگان: دیوار خورشیدی، مواد تغییرفازدهنده، سلول فتوولتائیک، تحلیل حرارتی
  • سید علیرضا ذوالفقاری*، سعید عزیزی، سید محمد هوشمند صفحه 14

    در استخرهای دارای جایگاه تماشاگران به دلیل وجود تفاوت در پوشش، میزان تری پوست و نرخ متابولیک شناگران و تماشاگران، ایجاد شرایط آسایش حرارتی برای همه ساکنان بسیار دشوار است. بر این اساس، یک ایده مناسب برای ایجاد این شرایط آسایشی متفاوت، استفاده از پرده هوایی برای جداسازی آیرودینامیکی فضای استخر و جایگاه تماشاگران می باشد. در این شرایط، امکان استفاده از دو سیستم تهویه مجزا برای دو قسمت مذکور فراهم خواهد بود. در این تحقیق، استخری با ابعاد قهرمانی همراه با جایگاه تماشاگران مدل سازی شده است و میدان سرعت، دما، رطوبت نسبی و غلظت آلاینده کلر برای این هندسه تعیین و گزارش شده است. همچنین، نتایج در دو حالت استفاده از پرده هوایی و بدون پرده هوایی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که پرده هوایی تا حدود زیادی باعث کاهش نفوذ آلاینده کلر به قسمت تماشاگران می شود؛ به طوریکه در جایگاه تماشاگران، غلظت آلاینده کلر به طور میانگین در حدود mg/m3 00016/0کمتر از حالت بدون پرده هوایی است. در این تحقیق، برای تعیین شاخص آسایش حرارتی افراد از مدل موضعی 65 نقطه ای استفاده شده است. انحراف معیار شاخص احساس حرارتی در هر ردیف، برای ردیف اول تا سوم در حالت استفاده از پرده هوایی به ترتیب برابر 26/0، 25/0 و 28/0 و در حالت بدون پرده هوایی برای ردیف اول تا سوم به ترتیب برابر 33/0، 39/0 و 35/0 است که این نتایج نشان دهنده احساس حرارتی مطلوب تر و یکنواخت تر در حالت استفاده از پرده هوایی می باشند.

    کلیدواژگان: استخر قهرمانی با جایگاه تماشاگران، پرده هوایی، آسایش حرارتی، احساس موضعی، کیفیت هوای داخل
  • امیرحسین شیروی*، مجتبی شفیعی، حدیث بستانی، محمد فیروززاده، مریم بزرگمهریان صفحه 15

    یکی از مهمترین عوامل تاثیرگذار برعملکرد یک سیال در فرایند انتقال حرارت، ضریب انتقال حرارت سیال می باشد. با توجه به بالاتر بودن ضریب انتقال حرارت رسانشی فلزات نسبت به مایعات، می توان با استفاده از ذرات جامد فلزی، میزان انتقال حرارت را افزایش داد. یکی از روش های جدید برای افزایش انتقال حرارت در مبدل های حرارتی، استفاده از نانوسیالات می باشد. در این مقاله پارامترهای اصلی تاثیر گذار بر افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی نانو سیال کربن نسبت به سیال پایه آب، ازجمله دبی و غلظت نانو سیال را در محدوده رینولدز 7100 تا 16700 که حالت جریان آشفته درون لوله محسوب می شود، بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که افزایش رینولدز منجر به افزایش ناسلت و ضریب انتقال حرارت جابجایی و کاهش ضریب اصطکاک می شود. همچنین نشان داده شد که در یک رینولدز ثابت، نانو سیال کربن توانسته است تا 17/10 % ضریب انتقال حرارت جابجایی بیش تری نسبت به سیال پایه (آب) داشته باشد. مشخص شد که با افزودن نانوذرات به آب، در ابتدا شاهد افزایش در ضریب انتقال حرارت جابجایی نانوسیال هستیم. این افزایش تا غلظت حدود 0/2 درصد جرمی از نانوکربن ادامه داشته و پس از آن ضریب انتقال حرارت جابجایی، روندی کاهشی پیدا می کند. بعلاوه در این پژوهش، افت فشار ناشی از تغییرات رینولدز نیز بررسی شد و مشخص شد که رفتار این منحنی با دیاگرام مودی کاملا در تطابق است.

    کلیدواژگان: نانوسیال، انتقال حرارت، عدد ناسلت، افت فشار
  • کورش جواهرده*، سید شهاب مظفری، زینب زارع طلب صفحه 16

    در این پژوهش رفتار گرمایی و هیدرودینامیکی جریان آشفته نانو سیال غیرنیوتنی در آرایش جریان مخالف در یک مبدل گرمایی دولوله ای مارپیچ بصورت عددی شبیه-سازی شده است. از محلول پودر کربوکسی متیل سلولز در آب با درصد جرمی 1/0% همراه با نانو ذره آلومینیوم اکسید بعنوان سیال عامل استفاده شده است. از نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی فلوینت جهت حل معادلات و برای شبیه سازی جریان متلاطم از روش k-ε استفاده شده که نتایج این حل عددی با داده های تجربی پیشین مطابقت خیلی خوبی داشته است. نقش و تاثیر پارامترهای مهم مانند انحنای مارپیچ، عدد رینولدز و درصد حجمی نانو ذرات آلومینیوم اکسید روی انتقال گرما مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد با افزایش نسبت انحنا در اعداد دین ثابت، عدد ناسلت و ضریب اصطکاک افزایش می یابد. نیروی گریز از مرکز ناشی از انحنای لوله-های مارپیچ سبب ایجاد جریان ثانویه در مبدل شده بطوریکه میزان انتقال گرما و افت فشار به ترتیب تا 35% و 30% نسبت به لوله های مستقیم افزایش پیدا کرده است. نتایج نشان می دهد که اضافه کردن نانو ذرات آلومینیوم اکسید به سیال پایه برای جریان با عدد رینولدز و عدد دین ثابت، باعث افزایش انتقال گرما و افزایش افت فشار جریان در لوله های مارپیچ می شود. اثر روش های افزایش انتقال گرما بر شاخص هیدرودینامیکی نیز بررسی شد بطوریکه در کویل های مارپیچ با کاهش نسبت انحنا و افزایش غلظت حجمی نانو ذرات مقدار شاخص هیدرودینامیکی نیز بیشتر شده است.

    کلیدواژگان: مبدل حرارتی دو لوله ای مارپیچ، شبیه سازی عددی، انتقال حرارت، نانو سیال، جریان آشفته
  • امین رضا نقره آبادی، کسری ایوبی ایوبلو، رضا باهوش کازرونی، محمد قلم باز* صفحه 17

    در این مقاله انتقال حرارت جابجایی طبیعی رایلی-بنارد سیالات غیرنیوتونی شبه پلاستیک در مبدل حرارتی لوله ای که دیواره ی سمت چپ آن از لایه ی متخلخل مشخص با ضخامت مشخص پوشیده شده است برای حالت ناپایدار و آرام به صورت عددی بررسی شده است. دیواره ی پایینی مبدل حرارتی در دمای ثابت Th و دیواره ی بالایی در دمای Tc که (Th>Tc) قرار دارد. دیواره ی سمت چپ و راست عایق هستند. معادلات حاکم بر مسئله پس از بی بعد شدن، به روش المان محدود به صورت همزمان حل شده است و سپس صحت نتایج در مقایسه با پژوهش های پیشین ارزیابی شده است. نتایج نشان می دهند که در رایلی های بزرگ (105Ra=) به دلیل غالب بودن انتقال حرارت جابه جایی طبیعی نسبت به انتقال حرارت هدایت، ناسلت متوسط با سرعت قابل توجهی افزایش می یابد. همچنین در اعداد دارسی کوچک (4-10=Da) میزان نفوذپذیری جریان بسیار کم است و ماهیت جریان به گونه ای تغییر می کند که باعث کاهش عملکرد حرارتی جریان جابجایی طبیعی می شود. نتایج نشان می دهد که با کاهش شاخص پاورلا دمای بی بعد کاهش یافته است و کمترین دمای بی بعد برای کمترین شاخص پاورلا به دست می آید. از سوی دیگر، با افزایش شاخص پاورلا در یک رایلی ثابت و گذشت زمان، افزایش انتقال حرارت جابه جایی طبیعی در لوله اتفاق می افتد. همچنین عدد رایلی برای شروع جابه جایی طبیعی در مبدل با افزایش شاخص پاورلا کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: انتقال حرارت رایلی-بنارد، سیال غیرنیوتونی، شبه پلاستیک، مبدل حرارتی، لایه متخلخل
  • اکرم جهانبخشی، افشین احمدی ندوشن* صفحه 18

    در این مطالعه جریان لایه ای تراکم ناپذیر سیال غیر نیوتنی با چشمه گرمایی مرکزی در یک محفظه برای حالت های بدون میدان مغناطیسی و اعمال میدان مغناطیسی یکنواخت تحت زاویه ای مشخص، بررسی شده است. برای انجام شبیه سازی عددی، معادلات به روش اختلاف محدود بر مبنای حجم کنترل گسسته سازی شده اند. میدان حل با استفاده از شبکه یکنواخت شبکه بندی شده است. مساله برای حالت پایدار با فرمول بندی ضمنی و با الگوریتم سیمپل حل شده است. در مطالعه حاضر تاثیر غیرنیوتنی بودن سیال با مدل قانون توانی با وجود میدان مغناطیسی یکنواخت خارجی، برای مقادیر شاخص توانی برابر 4/1 ,1 ,75/0n= بررسی شده و نتایج بدست آمده با شرایط عدم وجود میدان مغناطیسی مقایسه شد. با توجه به نتایج، می توان بیان کرد که اعمال میدان مغناطیسی برای شاخص های مختلف سیال، در رایلی های متفاوت رفتار یکسانی را نشان نمی دهد. مشخص است که با اعمال میدان مغناطیسی، جابجایی جریان در محفظه تقلیل می یابد. همچنین می-توان گفت که با اعمال میدان مغناطیسی در محدودهn≥1 برای سیال مدل قانون توانی، افزایش عدد رایلی باعث کاهش نوسلت متوسط و برای 1n˂ باعث افزایش نوسلت متوسط خواهد شد. برای شاخص 1n˃ با افزایش رایلی در حضور یک میدان مغناطیسی ثابت، می توان جابجایی آزاد را تضعیف نمود در حالیکه این روند برای 1n˂ با کاهش عدد رایلی رخ می-دهد.

    کلیدواژگان: سیال غیر نیوتنی، مدل قانون توانی، میدان مغناطیسی، جابجایی طبیعی
  • بهنام حبیب نژاد لداری، مجید سبزپوشانی* صفحه 19

    لوله های گرمایی یکی از وسایل جذاب برای فرایندهای انتقال حرارت می باشند. با پیشرفت تکنولوژی و کوچک شدن تجهیزات مولد گرما مانند ریزپردازنده ها در صنایع، ارایه راهکارها و نوآوریها برای افزایش عملکرد حرارتی لوله های حرارتی ضروری است. لذا یک مطالعه تجربی روی کارایی حرارتی لوله های گرمایی مستقیم دو طرف خنک شونده با گرمایش از وسط و در زاویه شیبهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا لوله های گرمایی با فتیله نمدی مسی ساخته شدند. سپس 2 بلوک خنک کننده و 1 سیم پیچ حرارتی به ترتیب در 2 انتها و در وسط لوله های گرمایی به عنوان بخش های چگالنده و تبخیرکننده قرار گرفتند. آزمایش ها برای توان های حرارتی 20 تا 80 وات و زوایای شیب °0 تا °90 انجام گرفتند. اثر تغییر توان حرارتی، دبی حجمی آب خنک کننده و زاویه شیب بررسی شد. نتایج ساختار جدید با نتایج مربوط به لوله های گرمایی معمولی دارای یک تبخیرکننده و یک چگالنده مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج حاضر نشان داند که با استفاده از روش خنک سازی جدید، نرخ انتقال حرارت لوله های گرمایی مستقیم می تواند به شکل قابل ملاحظه ای افزایش یابد. همچنین در مقادیر کم توان های حرارتی، افزایش میزان دبی حجمی آب خنک کننده موجب افزایش کارایی حرارتی لوله های گرمایی می گردد. نتایج تجربی مشخص نمودند که زاویه شیب نقش موثری روی مقدار کارایی حرارتی لوله های گرمایی دارد. حداقل مقاومت حرارتی و حداکثر ضریب هدایت حرارتی موثر در زاویه شیب °60 و در توان حرارتیW 60 بدست آمد که به ترتیب مقادیری برابر با °C/W2533/0 و W/m °C 65/14072 داشتند.

    کلیدواژگان: لوله گرمایی مستقیم، مقاومت حرارتی، دو طرف خنک شونده، گرمایش از وسط، روش تجربی
|
  • Elahe Neshat *, Mehrdad Nazemian, Rahim Khoshbakhti Page 1

    The main part of the input energy to the cylinder of an internal combustion engine is lost by various factors, and only about one third of this energy becomes useful. Therefore, providing solutions that can recover waate heat from engine exhaust gases and coolant is remarkable and useful. In current study the effect of start of injection timing on the RCCI engine on the waste heat recovery capacity has been investigated. A CFD model is used to simulate the engine. At first, the model was verified using experimental data and then the diesel fuel start of injection timing has been changed and their effects on exergy destruction, waste heat recovery capacity, power output and emissions have been investigated. The results showed that advanced start of injection timing, increases engine efficiency and decrwases exhaust CO and HC emissions. In addition to, heat transfer exergy has increased due to the the higher in cylinder temperature, and the higher temperature has led to an increase in irreversibility due to the increased number of reactions. Advanced fuel injection timing has improved the utilization factor and higher value of utilization factor is obsereved when fuel is injected at 20 CAD before TDC

    Keywords: RCCI engine, Waste heat recovery, Start of injection timing, Exergy destruction, Utilization factor
  • Navid Kousheshi *, Mortaza Yari, Ali Saberi Mehr Page 2

    Recently, low-temperature combustion (LTC) methods have become very popular in the field of combustion and IC engines. Reactivity controlled compression ignition (RCCI) is a novel combustion concept with its own advantages. The role of these engines in rectifying disadvantages of other LTC methods is inevitable. This paper studies the influence of using various types of syngas on combustion and emission characteristics of syngas/diesel RCCI engine using CONVERGE CFD. Four types of syngas (ideal syngas composed of solely hydrogen and carbon monoxide, two different types of syngases produced by gasifiers and pure hydrogen) are selected for comparison. Results showed the possibility of using various forms of syngases as low reactivity fuel. Using these kinds of syngases compared with ideal one, results in less NOx in expense of more soot and it gets worse by increasing the fraction of syngas in premixed air. It shouldn’t be ignored, due to the presence of nitrogen in some types, the engine may suffer from weak combustion and sometimes misfire at low loads as well. Using pure hydrogen, despite of its advantages as the main part of syngas, in high quantities, notwithstanding the significant reduction of soot, causes the increase of NOx and pressure rise rate amount which are not desirable.

    Keywords: RCCI engine, Low Temperature Combustion, Pollution, Syngas
  • Amin Jodat *, Mojtaba Najafian, Abolfazl Mohammadi Page 3

    One of the important characteristics of the flame of liquid and solid fossil fuels, is the flame luminosity and the high radiation heat transfer rate compared to the natural gas flame. The use of gas burners instead of gasoil burners has led to lower thermal efficiency and it poses many problems to industrial manufacturers. In this study, the effect of ion and oil combinations injection with a nebulizer on luminosity, radiative heat transfer and pollutant emission of natural gas diffusion flame is investigated. The experimental results show that the injection of 1% oil combinations, enhance thermal efficiency 2.5% and reduce The temperature of the exhaust gases, production of by 12% and 13% respectively also the injection of 2% oil combinations with 1% water drops, reduce the temperature of the exhaust gases, production of and Carbon monoxide by 6%, 42% and 26% respectively. The experimental results show injection method by the nebulizer can be used as a method in gas burners to increase radiation heat transfer rate and reduce the pollutants of exhaust gases from the chimney

    Keywords: Experimental system, natural gas, nebulizer, Thermal efficiency, Pollutants
  • Hossein Soltanian, Mohammad Zabetian Toroghi *, Hadi Pasdarshahri Page 4

    In the present research, combustion species where investigated in perforated natural gas burner based on Flame Emission Spectroscopy (FES). Experimental investigation is performed on a new burner test rig which is one of most popular burners used in condensation boilers through a spectrometer-fiber optic to get the flame emission of a perforated burner. Combustion species H2O*, OH*, CH* ,C2* and CO2* are detected from their chemiluminescence The emission of CO2* which has the main role in heat release rate of burner was investigated for different equivalence ratios (Φ) and burner powers of 11-16 kW showing an intensity peak in the range of Φ between 0.78 to 0.85 that corresponds to the maximum heat release rate. Emission of OH* was also investigated being the main indicator of NO regarding to its producing mechanism. Its maximum was found at the ragne of at Φ=0.78 to 0.85 for different burner powers. The similar experiment showed that OH*/CH* intensity ratio was independent of burner power as is confirmed by previous researchers. One could infer equivalence ratio from the flame emission.

    Keywords: Emission spectrum, Combustion species, Chemiluminescence, pollutant, Flat Flame Burner
  • Ehsan Bahmani, Kiumars Mazaheri *, Alireza Alipour Page 5

    Land-based gas turbines are one of the most practical turbines that use natural gas as the main fuel. Since natural gas is produced with different composition in refinery process, it can lead to change widely the combustion characteristics. Due to avoid from the effect of this undesirable variation on combustion characteristics, different methods are suggested. One of these methods is injection of Hydrogen into the main fuel (i.e. Natural gas). Hydrogen fuel has some desirable properties such as low activation energy, high reaction rate and high burning velocity which makes hydrogen as a suitable additive for the modification of combustion characteristics of hydrocarbon fuels. The main purpose of the present study is to study the effect of two different chemical kinetics, effect of natural gas composition variations, effects of Hydrogen addition into different composition of the natural gas to achieve better combustion characteristics and also, study of pressure effect on combustion properties. It is observed that in working conditions of this study, GRI3.0 kinetic has better results in comparison with AramcoMech1.3 kinetic. Also, addition of Hydrogen in a specific volumetric percentage into main fuel causes to modify combustion properties, for instance increasing flammability limits.

    Keywords: Land-based gas turbines, natural gas, Hydrogen injection, chemical kinetics, numerical simulation
  • Hossein Ajam *, Iman Mohammadi Page 6

    In this paper, the simultaneous study of the effects of the excess air ratio and the combustion mechanisms on the temperature and distribution of species in the porous medium burners with continuous porosity variation has been investigated. For this purpose, multi-step chemical kinetics have been used and their effects on the temperature profile, mass fraction of the main species and emission of pollutants for different values of the excess air ratio have been investigated. Problem-solving equations include continuity equation, momentum equations, gas, and solid phase energy equations, and chemical equilibrium equation are solved using the finite volume method and SIMPLE algorithm is used for the relationship between velocity and pressure. The results showed that for excess air ratio of 1.5, the results of combustion mechanisms have the same accuracy in predicting the temperature profile and mass fraction of the main species, and then, for additional values of the excess air ratio, the results of the combustion mechanisms Show a slight difference. This is while the greatest difference in the results is observed for the stoichiometric condition. Also in stoichiometric conditions, the NO emission rate using the GRI-3.0 combustion mechanism is predicted to be zero, and for the rest of the coefficients of the excess air ratio, its value will be of the order of magnitude 10-6.

    Keywords: porous media burner, Chemical Kinetic, porosity variation, Axisymmetric Combustion, excess air ratio
  • Maryam Sadat Alaeipour, Mostafa Mafi *, Mansour Khanaki, Masood Ebrahimi Page 7

    In the last decade, renewable energy sources have been proposed as an appropriate alternative to meet the energy needs of remote rural areas. The present work focuses on the feasibility of locally available renewable energy production systems development (including solar systems and biomass resulted from manure dung). The studied rural area, Eastern Alamut, located in Qazvin province and consists of three cold and impassable villages of Pichebon, Narmelat and Dinheroud. In order to fulfill energy supply of the rural region, three scenarios have been presented and related techno-economic analyses have been done. Firstly, all heating (cooking and hot water are included) and electricity demands have been met solely by photovoltaic system. In the second scenario, heating and electricity have been supplied by biogas as well as CHP system. Moreover, the heat loss of CHP has been used to warm up the digester. In the last survey, the electricity need has been supplied by photovoltaic system along with covering heating demand through biogas. In this scenario, the required heat to operate digester is provided using the photovoltaic system. In each scenario, volume of digester and equipment of solar system have been calculated. The techno-economic analysis shows that the second scenario that has a positive Net Present Value in each discount rate (5%, 10% and 15%) and Internal Rate of Return is 24.24% 23.26% and 38.6% for Pichebon, Narmelat and Dinehroud villages, respectively, is as a practical design and economic option.

    Keywords: Energy production system, mountainous rural areas, technical, economic calculations, Photovoltaic, Biogas
  • AmirHossein Rabiee, Somayeh Farahani * Page 8

    This paper dealing with a novel algorithm based on features of Fuzzy-PID controllers to estimate heat flux on the inverse heat conduction problems. The main structure of Fuzzy-PID is a PID controller in which the proportionalو integrator and the derivative gains are obtained online by fuzzy system. The input of the algorithm is the measured temperatures within the model. In each time-step, the smart controller calculates the proper heat flux in order to adjust the measured temperature with desired input temperature. The model studied a flat plate with an insulated surface and an active level that affects the variable heat flux at the time. The variation of heat flux with time can be considered to be constant, step, and triangular. The measured temperatures are obtained at the active and inactive surface with numerical simulation. The effect of noise level at the measurement temperatures on the accuracy of the proposed method is investigated. The estimations and error analysis indicate that this algorithm is very successful in estimating the different forms of heat flux with different amounts of noise and the different thermocouple positions in the wall.

    Keywords: Heat Flux, Sequential inverse method, noise, Filter, Fuzzy-PID controller
  • MohammadMahdi Mohammadi, MohammadMahdi Barzegari * Page 9

    With the increasing utilization of polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells in cars, ships and airplanes, the study of vibrational behavior of fuel cells has gained particular importance.In this paper, modal analysis of 400-watt 4-cells fuel cell with an active surface area of 225 〖cm〗^2 has been performed numerically and experimentally. Time domain method has been used to extract the global fuel cell frequencies. This method has found widespread applications for models that do not have finite element simulation before the modal test.The considered fuel cell model has been excited from several directions and the output data of the sensors were recorded at several points. Then, by interpreting the results in the time domain and using the phase response angle, two natural frequencies of the model were extracted. The results of the test showed that the first transverse and longitudinal frequency of model is 500 Hz and about 2500 Hz, respectively.Then, simulation of finite elemental fuel cell components was studied in detail.Comparison of the frequencies obtained from the test and numerical analysis showed that maximum difference is about 8%. Therefore, numerical analysis of the model with sufficient detail can adequately cover the vibrational properties of the real model. Also, the results showed that by changing the geometrical and mechanical properties of the membrane by 45%, the natural frequency of fuel cell changes through 4%. Furthermore, Removing the membrane plates, in addition to reducing the number of model elements, reduces the contact constraints.

    Keywords: Polymer electrolyte membrane fuel cells, modal analysis, Natural frequency, Finite element simulation
  • Alireza Sadeghi, Mohsen Kashi Parpinchi, Seyed Abbas Sadatsakak *, Mansour Khanaki Page 10

    Liquefied natural gas (LNG) is obtained by cooling the natural gas to −162℃ at the atmospheric pressure. Methane is the major chemical component of LNG which varies between 87.0–99.8% for different sources. The cryogenic power generation cycle using LNG as its heat sink is known to be one of the considerable ways for the LNG exergy recovery. A double-stage Rankine power generation cycle using the single component working fluid in each stage for liquefied natural gas (LNG) cold exergy recovery is used as a base case in the present study. To improve the recovery of LNG cold exergy, a three-stage Rankine power generation cycle has been proposed using mixture working fluid. Optimization is done using the particle swarm algorithm. The performance of three-stage Rankine power generation cycle is studied regrading to the effects of thermal efficiencies, exergy efficiencies, overall heat transfer coefficient of condensers and natural gas distribution pressure. Specific power production of the cycle is 100.45 , thermal efficiency is 12.76%, exergy efficiency is 27.92%. By decreasing the total coefficient of heat transfer, the condensers of different stages of the cycle reduce the maximum output power of the cycle with different trends. The results show that by decreasing the distribution pressure of natural gas, specific power production, thermal efficiency and exergy efficiency increases. So that their optimal values at 6 bar are 290.87 , 25.63% and 39.12%, respectively.

    Keywords: Liquefied Natural Gas, Rankine cycle, Cold exergy, Regasification, Power Generation
  • Mehran Abdolalipouradl, Shahram Khalilarya *, Farzad Mohammadkhani Page 11

    The use of multi-generation systems is rapidly developing in the world. Although Sabalan geothermal field is one of the important geothermal fields of Iran, the possibility of using the multi-generation systems has not yet been performed. As an attempt to fulfill the gap in the field, a new cooling, hydrogen, oxygen and power multi-generation cycle for using Sabalan geothermal wells is proposed and analyzed. In the proposed system, the double flash configuration from the Sabalan geothermal wells as the heat source is used. An organic rankine cycle is used to generate power for proton exchange membrane for hydrogen production and a LiBr-H2O absorption refrigeration system is used for cooling production. First, a simulation was done by E.E.S software and then the effects of some design parameters, such as separators pressures, evaporator temperature, pinch point temperature difference in the Rankine evaporator, generator temperature and ambient temperature on the integrated system performance are studied. A parametric study shows that the value of the thermal efficiency and cooling continuously increase with separators pressures. Also, the hydrogen production continuously decreases with the first separator while the hydrogen production increases with the second separator. According to the results, the value of the net output power, hydrogen production, cooling and thermal and exergy efficiencies of the cogeneration system are obtained as 14739 kW, 13.25 kg/hr, 10925 kW, 22.34% and 50.62% respectively.

    Keywords: Thermodynamic analysis, Sabalan geothermal power plant, PEM electrolysis, Absorption refrigeration, Organic Rankine Cycle (ORC)
  • MohammadReza Sangtarash, Said Farahat *, Mostafa Dehghani Mohammadabadi Page 12

    The compressor inlet air cooling, especially in hot climates, has significant effect on the power output augmentation of the gas turbines. The typical methods of inlet air cooling mainly consist of evaporative cooling and fogging systems and chillers. The water consumption in evaporative cooling and fogging systems and power consumption and investment cost in vapor absorption and compression refrigeration systems are high. So, the purpose of this article is to investigate the possibility of using the night sky radiative cooling system for cooling the intake air of the gas turbine compressor. This mode of refrigeration is among the renewable and passive cooling technologies. In this method, the circulating water used to cool the intake air of the compressor, at night and in the exchange of radiation with the sky, is cooled using flat plate solar collectors without glass and then returns to the storage tank for reuse on the next day. The effect of parameters such as the number of collectors and their arrangement in series or in parallel on the cooling capacity of system is investigated. Also, the required storage tank volume for returned water from collectors is calculated. The results show that, the compressor’s intake air cooling for six hours a day needs a water storage tank with a minimum capacity of 1000 cubic meters. Also, by using 400 parallel collectors and a 1000 cubic meter storage tank, the amount of power produced increases by an average of 2 MWh.

    Keywords: Gas turbine, Air Intake cooling, Night Sky Radiative Cooling, Passive Cooling, Solar collector
  • Nahid Azadi, Faramarz Sarhaddi *, Fatemeh Sobhnamayan Page 13

    In this paper, the thermal analysis of the solar wall system equipped with photovoltaic cells and phase-change materials (PCM) has been numerically investigated. For the thermal modeling of the system, the energy balance for its various components, including photovoltaic cells, air channel, adsorbent plate, Phase-change material and room are written. The validation of the numerical results is consistent with the experimental data of previous studies. In parametric studies the effect of PCM thickness, inlet air flow rate, collector width and packing factor have been investigated on the increase of room temperature and average system energy efficiency in four consecutive days. Results show that the optimal PCM thickness is 0.05 m. Increasing the PCM thickness reduces the room temperature and the energy efficiency. Increasing the air flow rate decreases the photovoltaic cells temperature and increases electrical efficiency, thereby increasing energy efficiency. However, it reduces room temperature. Therefore, the optimum flow rate of air was obtained 0.04 kg/s. Increasing the collector width, despite increasing room temperature, reduces energy efficiency, so the optimum collector width was 0.7 m. The increase of the packing factor increases room temperature and reduces energy efficiency. Therefore, the optimum packing factor was 0.5.

    Keywords: Solar wall, Phase-change materials, Photovoltaic cell, Thermal analysis
  • Alireza Zolfaghari *, Saeed Azizi, Seyed Mohammad Hooshmand Page 14

    In swimming pools with spectators’ stand, due to differences in skin wetness, metabolic rates and clothing type of the swimmers and spectators, providing thermal comfort conditions for all residents is very difficult. Accordingly, a reasonable idea to provide the mentioned different comfort conditions is using the air curtain to aerodynamically separate the pool hall and the spectators’ stand. In these conditions,it is possible to use two different ventilation systems for these two parts. In the present study, an Olympic-size swimming pool with the spectators’ stand is modeled and distribution of velocity, temperature, relative humidity and chlorine concentration have been determined.Also, the results have been analyzed in both cases: using air curtain and without air curtain. The results show that the air curtain can significantly reduce the influence of chlorine pollutants on the spectators section, so the concentration of chlorine at spectators’ stand with the air curtain is about 0.00016 mg/m3 less than the case without air curtain.In this study,65 multi node local thermal comfort model has been used to determine the thermal comfort of individuals.In case with the air curtain, the standard deviation of thermal comfort index for first to third rows are 0.26, 0.25, and 0.28 respectively; and in the absence of air curtain, for first to third rows thermal comfort quantities the standard deviation of thermal comfort index for first to third rows are 0.33, 0.39 and 0.35, respectively.These results indicate that using the air curtain can leads the thermal sensation to be more favorable and more uniform.

    Keywords: Swimming pool with spectators’ stand, Air curtain, Thermal comfort, Local sensation, Indoor air quality
  • AmirHossein Shiravi *, Mojtaba Shafiee, Hadis Bostani, Mohammad Firoozzadeh, Maryam Bozorgmehrian Page 15

    The heat transfer coefficient of a fluid is one of the most important effective factors on the performance of a fluid in the heat transfer process. Due to the higher conductive heat transfer coefficient of metals than liquids, metal particles can be used to increase the heat transfer rate of liquids. Nano fluid is one of the novel and developing methods to improve heat transfer rate in heat exchangers. In this paper, the main effective parameters on increasing the convective heat transfer coefficient of carbon nano fluid compared to water as based fluid, including: flow rate and concentration, in the range of 7100 to 16700 for Reynolds which is known as turbulent flow, are investigated. The results illustrate that increasing in Re number leads to increase the Nusselt number and convective heat transfer coefficient, and moreover decrease the friction factor. It is also showed that in a constant Re, carbon nano fluid has been able to create up to 10.17% more convective heat transfer coefficient, compared with pure water as base fluid. It was found that adding Carbon nano-particles to water, initially leads to increase in the convective heat transfer coefficient of the nanofluid. This increase continues to a concentration of about 0.2 wt% of the nano-carbon, and then has a descending trend. In addition, the pressure drop due to changes in Re, was investigated too, and showed that the behavior of this curve is in agreement with Moody’s diagram.

    Keywords: Nanofluid, heat transfer, Nu, Friction factor
  • Kourosh Javaherdeh *, Seyed Shahab Mozafarie, Zeinab Zare Talab Page 16

    In this research, the thermal and hydrodynamic behavior of a non-Newtonian nanofluid turbulent flow in the counterflow arrangement in a double pipe helical heat exchanger is numerically simulated. A solution of carboxymethyl cellulose powder in water with a mass percentage of 0.1% with a nanoparticle of aluminum oxide as a working fluid has been used. The CFD commercial software Fluent was used to solve the governing equations while the turbulent flow was simulated using k-ε turbulent model; the results were in a good agreement with experimental data. The effect of important parameters such as curvature, Reynolds number and volume percentage of aluminum oxide nanoparticles on the heat transfer has been investigated. The results show that as the curvature ratio increases in constant Dean (Dn) numbers, the Nu number and the coefficient of friction increases. The addition of nanoparticles of aluminum oxide to the base fluid for the flow with the constant Reynolds and Dn number increases the heat transfer and increases the pressure drop in the helically coiled tubes. The centrifugal force generated by the curvature of the coiled tube results in a secondary flow in the heat exchanger so that the heat transfer and pressure drop increased up to 35% and 30%, respectively, compared to the straight tubes. The effect of heat transfer enhancement methods on the hydrodynamic index has also been studied, so that in the helical coils, the amount of hydrodynamic index increased with decreasing curvature ratio and increasing the volume concentration of nanoparticles.

    Keywords: Coiled double pipe heat exchanger, numerical simulation, heat transfer, Nano fluid, Turbulent flow
  • Amin Reza Noghreabadi, Kasra Ayoubi Ayoubloo, Reza Bahoosh Kazerooni, Mohammad Ghalambaz * Page 17

    In this paper, the natural heat transfer of Rayleigh-Benard's non-Newtonian Pseudo-Plastics fluid in a tube heat exchanger with its left wall lined with a porous layer of a thickness of 0.1 is considered numerically for an unstable state of laminar. The lower wall of the heat exchanger is at constant temperature Th and the upper wall at Tc temperature (Th> Tc). The walls are left and right insulated. The equations governing the problem after dimensionless are solved by the finite element method and then the accuracy of the results is compared with previous studies. The results show that, in a large Rayleigh number (Ra=105), the average Nusselt number increases due to the fact that the natural heat transfer is more than conduction heat transfer. Also, in small Darcy numbers (Da = 10-4), the flow permeability is very low which causes a reduces the natural heat transfer convection. The results show that by decreasing the Power-law index, the non-dimensional temperature is reduced and the lowest non-dimensional temperature is obtained for the lowest Power-law index. On the other hand, with the increase of Power-law index in a constant Rayleigh number and the passage of time, the increase of natural heat transfer occurs in the tube. Also, the Rayleigh number decreases with the increase of the Power-law index to start the natural convection in the heat exchanger.

    Keywords: Rayleigh-Benard convection, Non-Newtonian fluid, pseudo-plastic, heat exchanger, the porous layer
  • Akram Jahanbakhshi, Afshin Ahmadi Nadooshan * Page 18

    In this study, the incompressible laminar flow of non-Newtownian fluid was studied with a central thermal source in a chamber for non-field conditions and the application of a uniform magnetic field under special angles. Using similarity transformations, the system of governing the flow equations is converted to a nonlinear ordinary differential equations and then solved by finite difference based numerical method. In the present study, the effect of non-Newtonian of the fluid with the power law model with a uniform external magnetic field was investigated for power index values n=0.75, 1 and 1.4 and the results were compared with the absence of a magnetic field. It was found that the consideration of the Newtonian and Non- Newtonian index for the power-law model fluid in the presence of the magnetic field could lead to different results. The results also show that the magnetic field tends to affect the displacement flow and leads to a decrease in these flows. In this study, for the Newtonian model of power-law model, the effect of magnetic field on the average Nusselt decreases.

    Keywords: Non- Newtownian fluid, Power-law model, magnetic field, Natural convection
  • Behnam Habibnezhad Ledari, Majid Sabzpooshani * Page 19

    Heat pipes are one of the most attractive instruments for heat transfer processes. With the development of technology and reducing the dimensions of heat generating equipments, it is essential to provide solutions and innovations to increase the thermal performance of heat pipes. Thus, an experimental study has been investigated on straight heat pipes with double-ended cooling and middle heating. At first, heat pipes fabricated with sintered copper felt wick. Then, two cooling blocks installed on both end of heat pipes and a coil heater placed in the middle as the condenser and evaporator sections respectively. The experiments were conducted at inclinations 0° to 90° for heat inputs 20 to 80 W. The effects of heat input variation, cooling water flow rate and tilt angle on the thermal performance of heat pipes were studied. The obtained results for new structure of heat pipes compared with the conventional heat pipes which had one evaporator and one condenser. The results showed that by using the new cooling approach, the thermal resistance of heat pipes can be reduced significantly. Also, in low heat inputs, increasing the cooling water flow rate increases the thermal performance of heat pipes. The experimental results indicated that the tilt angle has a significant effect on the thermal performance of heat pipes. The minimum thermal resistance and the maximum effective thermal conductivity coefficient values are 0.2533 °C/W and 14072.65 W/m °C respectively, and they were observed at the tilt angle equal to 60° and for heat input of 60 W.

    Keywords: Straight Heat pipe, Thermal resistance, Double-ended cooling, Middle heating, Experimental Method