فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
سال هشتم شماره 2 (پیاپی 27، تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/05/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمد نجفی*، علی جوادپور صفحات 1-14

    در مطالعه تجربی حاضر، انتقال حرارت جابجایی آزاد پایا از دو لوله با سطح مقطع بادامکی که به صورت افقی در یک آرایش عمودی، تحت موقعیت های مختلف و برای فواصل مرکز تا مرکز 5/1، 2 و 5/2 برابر قطر معادل لوله، مورد بررسی قرار داده شده است. چگونگی توزیع ضریب انتقال جابجایی محلی و میانگین روی سطح لوله ها به صورت تکی و در آرایش عمودی در محدوده اعداد رایلی اصلاح شده 108×5/6 تا 109×6/2 و همچنین اثر فاصله مرکز تا مرکز لوله ها در آرایش بر نرخ انتقال حرارت از سطح  لوله، مورد بررسی قرار گرفت؛ اثر موقعیت بر توزیع ضریب انتقال حرارت لوله افقی تکی مورد مطالعه قرار داده شده است. نتایج نشان داد که، تحت شرایط یکسان و در محدوده اعداد رایلی اصلاح شده مورد آزمایش، ضریب انتقال حرارت جابجایی محلی و میانگین یک لوله بادامکی افقی در موقعیت رو به پایین از دیگر موقعیت ها بیشتر است. در آرایش عمودی از دو لوله افقی با مقطع بادامکی نرخ انتقال حرارت از لوله بالایی بطور موثری به فاصله مرکز تا مرکز لوله ها از یکدیگر وابسته است.

    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابجایی آزاد، لوله بادامکی افقی، عدد ناسلت، آرایش عمودی
  • احسان الله عصاره*، احسان فرهادی صفحات 15-33

    در این پژوهش به تحلیل انرژی، اگزرژی یک سیستم تولید چندگانه انرژی بر مبنای انرژی زمین گرمایی پرداختیم. سیستم مورد بررسی متشکل از زیرسیستم های زمین گرمایی، سیکل ارگانیک رانکین و الکترولایزر PEM و استفاده از ترموالکتریک است. سیال ارگانیک مورد استفاده در سیکل ارگانیک رانکین شامل مبرد R123 است. محصولات این سیستم تولید چندگانه انرژی شامل برق و هیدروژن است. جهت مدلسازی سیستم مورد بررسی و همچنین به دست آوردن نتایج حاصل از تحلیل سیستم از نرم افزار ترمودینامیکی حل معادلات مهندسی (EES) استفاده شد. با استفاده از دمای محیط شهر بندرعباس برای گرم ترین روز نتایج محاسبه و بررسی شدند. طبق بررسی های به عمل آمده از پارامترهای تاثیر گذار بر روی خروجی های سیستم می توان از بازده توربین، دمای ورودی به اواپراتور، معیار شایستگی ترموالکتریک، بازده پمپ و دبی جرمی ورودی به اواپراتور نام برد. همچنین نتایج نشان داد که سیستم زمین گرمایی کار حاضر در یک سال نسبت به دمای محیط شهر بندرعباس می تواند به میزان 352816.2 کیلووات در سال توان تولید کند و در نتیجه این سیستم می تواند نیاز انرژی برق حدودا 12 خانواده ایرانی را در طول سال تامین نماید.

    کلیدواژگان: انرژی زمین گرمایی، هیدروژن، ترموالکتریک، اگزرژی
  • حسین یوسفی، فرشاد کوثری*، قاسم اکبری صفحات 34-51

    هدف این مقاله بررسی تجربی انتقال حرارت جا به جایی مخلوط1 (آزاد- اجباری) در روی صفحه قایم تحت شار یکنواخت حرارتی با هر دو جریان موافق2 و جریان مخالف3 می باشد؛ شار حرارتی یکنواخت اعمال شده روی سطح صفحه با طراحی معکوس و با استفاده از شبیه سازی عددی و بهینه سازی توان های المنت های حرارتی پشت صفحه انجام پذیرفته است. با اندازه گیری درجه حرارت های حالت پایا و شار های حرارتی یکنواخت حاصل از منابع حرارتی، ضرایب انتقال حرارت اندازه گیری می شوند. با انجام آزمایشات مربوطه و تعیین اعداد بدون بعد رایلی و رینولدز و گراشف نشان می دهند که نتایج در محدوده انتقال حرارت جا به جایی مخلوط می باشد. اعداد بدون بعد مهم ترسیم و مورد تجزیه تحلیل گرفته اند.

    کلیدواژگان: جا به جایی مخلوط، طراحی معکوس حرارت4، آزمایش بهینه5
  • فائزه یوسفوند، سجاد یوسفوند، مرضیه لطفی*، محمد فیروززاده صفحات 52-64

    در این مقاله طراحی یک نیروگاه مقیاس کوچک خورشیدی - بادی به همراه ذخیره ساز باتری جدا از شبکه سراسری برق برای منطقه ای دور از شبکه سراسری برق در حومه شهرستان اهواز با هدف حداقل سازی هزینه های اجرای طرح انجام شده است. برای دستیابی به این هدف، از نرم افزار Homer استفاده شده است. میزان بار مصرفی، شدت تابش خورشید و سرعت باد در منطقه با استفاده از این نرم افزار و با توجه به مختصات جغرافیایی منطقه موردنظر به دست آمده است. سپس انتخاب اندازه منابع انرژی تولید پراکنده در نیروگاه، برای این منطقه به صورت یک مسیله بهینه سازی و با در نظر گرفتن قیود قابلیت اطمینان سیستم تعریف شد. برای حل مسیله بهینه سازی نیز، الگوریتم ازدحام ذرات (PSO) مورداستفاده قرار گرفت. نتایج شبیه سازی حاکی از آن است که در طرح ارایه شده، تقریبا 45% از هزینه کلی سیستم صرف خرید، نگهداری و تعویض باتری می شود درحالی که سهم منابع خورشیدی و بادی از هزینه کل، به ترتیب حدود 15% و 20% می باشد. هزینه مبدل ها و زمین نیز تقریبا 5% و 15% را به خود اختصاص می دهند.

    کلیدواژگان: طراحی نیروگاه مقیاس کوچک، فتوولتائیک، توربین بادی، باتری، کاهش هزینه
  • سید هادی گل کار، مرتضی خیاط*، مسعود زارع صفحات 65-84

    در مطالعه ی حاضر، انتقال حرارت جوشش هسته ای و فیلمی نانوسیالات آلومینا-آب دیونیزه و سیلیکا-آب دیونیزه در حضور سطح میکروکانال به صورت تجربی بررسی شده است. برای این منظور، هر دو نوع نانوسیال با غلظت های حجمی 0/1%، 0/3% و 0/5% با استفاده از روش دو مرحله ای تهیه شده اند. آزمایشات جوشش آب دیونیزه ی خالص روی سطوح ساده و میکروکانال مسی و آزمایشات جوشش نانوسیالات فقط روی سطح میکروکانال مسی انجام شده است. نتایج نشان داد که ترکیب حضور نانوسیال و میکروکانال در فرایند جوشش، شار حرارتی بحرانی و شار حرارتی مینیمم را به مقدار قابل توجهی افزایش داده است. در جوشش نانوسیالات روی سطح میکروکانال، غلظت 0/5% بهترین عملکرد را داشته است، به طوری که بیشترین مقدار شار حرارتی بحرانی و شار حرارتی مینیمم برای نانوسیال آلومینا-آب دیونیزه 93/02% و 105/32% و برای نانوسیال سیلیکا-آب دیونیزه 90/82% و 97/15% نسبت به جوشش آب دیونیزه ی خالص روی سطح ساده افزایش داشته است. علاوه بر این، مشاهده شد که با نشست نانوذرات روی سطح میکروکانال، میزان ترشوندگی سطح افزایش یافته و ضریب انتقال حرارت جوشش هسته ای نانوسیالات نسبت به آب دیونیزه ی خالص کاهش یافته است. اما در جوشش فیلمی، اثرات بهبود خواص حرارتی نانوسیالات بر اثرات مخرب نشست نانوذرات روی سطح غلبه کرده است.

    کلیدواژگان: جوشش هسته ای، جوشش فیلمی، شار حرارتی، میکروکانال، نانوسیالات
  • پیمان لشگری*، محسن گودرزی صفحات 85-95

    در بسیاری از جریان های سیالات بخش عمده ای از میدان جریان دارای پیچیدگیهای زیادی برای مدل سازی نبوده و می توان از شبکه بندی درشت و نیز معادلات حاکم ساده تر جهت تحلیل عددی استفاده نمود. به منظور کاهش زمان محاسباتی و حافظه کامپیوتری، با بلوک بندی میدان جریان از شبکه بندی مجزای با ابعاد و اندازه مختلف در هر بلوک استفاده شده است. هندسه موردنظر در این تحقیق یک پله عقب گرد دو بعدی آرام است که از سه بلوک بندی مختلف در تحلیل عددی آن استفاده شده است. حافظه مصرفی کامپیوتر و زمان محاسباتی به همراه روند همگرایی و نیز دقت نتایج عددی حاصل شده از سه نوع بلوک بندی مختلف به کار گرفته شده بررسی شد. نتایج نشان داد که در صورت انتخاب ترکیب مناسبی از بلوک بندی و شبکه بندی هر بلوک با صرف زمان و حافظه کمتر می توان پیش بینی هایی در حد دقت نزدیک به نتایج تجربی و سایر روش ها بدست آورد.

    کلیدواژگان: روش چندبلوکی، جریان آرام، حافظه کامپیوتری، زمان محاسباتی
|
  • Mohammad Najafi*, Ali Javadpour Pages 1-14

    In the present study, the steady-state natural convection heat transfer from a vertical array of a pair of horizontal cam cross-sectional tubes under constant heat flux submerged in water is experimentally investigated. The experiment is carried out for the modified Rayleigh number range of to, and a dimensionless tube spacing range of 1.5, 2.0, and 2.5. The effects of the modified Rayleigh number, cam tube orientation, and dimensionless spacing on the heat transfer rate from the individual tube and the vertical tube array are studied. Based on the results obtained, the effect of thermal plume on the heat transfer rate from the upper cam tube in the vertical array is strongly dependent on the dimensionless spacing. Under fixed conditions, the mean convection coefficient of the single horizontal cam tube with the downward orientation is higher than that of the other orientations for all the modified Rayleigh numbers considered.

    Keywords: Natural convection, Horizontal cam tubes, Vertical array
  • Ehsanollah Assareh*, Ehsan Farhadi Pages 15-33

    In this study, we analyzed the energy, exergy of a multiple energy production system based on geothermal energy. The system under study consists of geothermal subsystems, Rankin organic cycle and PEM electrolyzer and thermoelectric application. The organic fluid used in the Rankin organic cycle contains refrigerant R123. The products of this system produce multiple energy, including electricity and hydrogen. Thermodynamic software for solving engineering equations (EES) was used to model the studied system and also to obtain the results of system analysis. The results were calculated and evaluated using the ambient temperature of Bandar Abbas for the hottest day. According to the studies of the parameters affecting the system outputs, we can name the turbine efficiency, inlet temperature to the evaporator, thermoelectric suitability criterion, pump efficiency and mass flow inlet to the evaporator. The results also showed that the current work geothermal system in a year compared to the ambient temperature of Bandar Abbas can produce 352816.2 kWh of power per year and as a result this system can meet the electricity needs of about 12 Iranian families during the year.

    Keywords: Geothermal energy, hydrogen, thermoelectric, exergy
  • Hossein Yousefi, Farshad Kowsary*, Ghasem Akbari Pages 34-51

    The purpose of this paper is to experimentally investigate the heat transfer of a mixture (free-forced) on a vertical plate under a uniform heat flux with both assisting currents and opposing currents. Heat flux applied to the plate (inversed test design) using number simulation and optimization of thermal element capacities behind the plate has been done. By determining the temperature degree reached to stable temperature degrees and uniform heat fluxes from the plate, heat transfer coefficients we measure by calculation. By performing the relevant experiments and determining dimensionless numbers, Rayleigh, Reynolds and the Grashof show that the results are within the allowable range and the heat transfer flow is mixed convection. Important parameters in flow properties are displayed and analyzed

    Keywords: Mixed convectioned, Inverse design, Optimal test design
  • Faezeh Yousefvand, Sajjad Yousefvand, Marzyeh Lotfi*, Mohammad Firoozzadeh Pages 52-64

    In this paper, a designate of a small scale solar-wind power plant, integrated with battery storage was performed in order to supply the energy demand of a suburb region of Ahvaz, Iran. The aim of this work was to minimize the expenses by help of Homer software with consideration of the amount of the consumed electricity, solar irradiation and wind velocity for the considered region. To optimize the system, Particle Swarm Optimization (PSO) method was used. The simulation results indicates that in the proposed plan, almost 45% of the costs are spent for purchasing, maintaining and replacing the batteries, while, the portion of solar and wind equipment are 15% and 20%, respectively.

    Keywords: Small scale power plant, Photovoltaic, Wind turbine, Battery
  • Hadi Golkar, Morteza Khayat*, Masoud Zarea Pages 65-84

    In the present study, the nucleate and film boiling heat transfer of alumina-deionized water and silica-deionized water nanofluids in the presence of microchannel surface has been investigated experimentally. For this purpose, both types of nanofluids with volumetric concentrations of 0.1%, 0.3% and 0.5% were prepared using two-step method. Pure deionized water boiling experiments on polished and microchannel copper surfaces and nanofluid boiling experiments on microchannel copper surface were performed. The results showed that the combination of the presence of nanofluid and microchannel in the boiling process significantly increased the critical heat flux and the minimum heat flux. In the boiling of nanofluids on microchannel surface, the volumetric concentration of 0.5% had the best performance, so that the maximum values of critical heat flux and minimum heat flux for alumina-deionized water nanofluid increased by 93.02% and 105.32%, and for silica-deionized water nanofluid increased by 90.82% and 97.15%, respectively, compared to pure deionized water boiling on the polished surface. In addition, it was observed that with the deposition of nanoparticles on the microchannel surface, the surface wettability increased and the nucleate boiling heat transfer coefficient of nanofluids decreased compared to pure deionized water. But in film boiling, the effects of improving the thermal properties of nanofluids have overcome the destructive effects of nanoparticles deposition on the surface.

    Keywords: Nucleate boiling, Film boiling, Heat flux, Microchannel, Nanofluids
  • Peyman Lashgari*, Mohsen Goodarzi Pages 85-95

    A major part of the flow field has no complicated behavior in many laminar & turbulent flows which can use large mesh and simplified governing equation for numerical simulation. In order to reduce memory and CPU time, the flow field was decomposed to several blocks with different size and dimension in each block. A two dimensional backward facing step was considered in this research that used three different type of blocking in numerical modeling. Computer memory and CPU time consumption in addition to numerical result of main fluid parameters. Consideration showed that, suitable combination of used blocks led to the results with the same accuracy as model was employed only one block and experimental results, in addition to the reduction of memory and CPU time consumption.

    Keywords: Multi-Bolck Method, Laminar Flow, Computer memory, CPU time