بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
آنالیز انرژي و اکسرژي سیستم تبرید اجکتور با سیالات مختلف
چکیده
در این مقاله تحلیل انرژي و اکسرژي سیستم تبرید اجکتور با سیال هاي مختلف انجام شده است. سیستم با گرماي گاز خروجی از اگزوز یک موتور کار می کند. چهار سیال مطالعه شده عبارتند از آب، متانول، آمونیاك و .R134a بهترین عملکرد براي آب به دست آمد. تأثیر دماي گرمایش((tG، تبخیر (tEV) و میعان (tcd)مطالعه شدند. مقدار بهینه براي tG=140°C،tcd=30°CوtEV=5°C به دست آمد کهCOP=0.48 و ƞex=0.085 را نتیجه داد. شبیه سازي هاي عددي در نرم افزار (EES)انجام شدند.
-1مقدمه
امروزه به منظور راحتی در طول تابستان، سیستم هاي تهویه مطبوع فشرده سـاز مکـانیکی بـه طـور گسـترده استفاده میشوند. این سیستم ها داراي مزایایی همچون استفاده آسان و تنظیم ساده دما هستند. ضعف این سیسـتم ها به خاطر افزایش قیمت الکتریسیته است. یک جایگزین مناسب سیستمهاي سه حرارتی، آن هـایی کـه همـراه بـا جذب و تخلیه هستند، عنوان شده است. این سیستم ها دو مزیت اصلی دارند: منبع انرژي گرما است کـه مـیتوانـد توسط انرژيهاي تجدید پذیر مانند انرژي خورشیدي، زمین گرمایی یا گرماي تلف شده تامین شود با توجه بـه ایـن که هیچ جزء متحرك بجز پمپ وجود ندارد، و با توجه به قیمت اولیه بالاي سیستمهاي جذب، سیستم هـاي تبریـد اجکتور با صرفه تر هستند.[1]
این بررسی بر روي بهینه سازي یک سیکل تبرید اجکتور، هم در مورد سـیال و هـم در مـورد پارامترهـاي سیسـتم انجام شده است. محققان مختلف، مطالعات تئوري و تجربی روي سیستم هاي تراکم داري اجکتور انجـام دادنـد-2] .[8 در سال 1999، سان [2] مطالعه تئوري بر روي مقایسه COP یک سیسـتم اجکتـور کـه از سـیالهـایی ماننـد
R718،R123،R134a R11 ،R12 ، R113،R21 ،R142b ،R152a ، R318 و.R500 اسـتفاده مـیکنـد، انجام داد. نتایج نشان دادند که سیستم هاي جت بخار مقادیرCOP خیلی پایین دارنـد. سیسـتمی کـه R152a را به عنوان سیال استفاده می کند عملکرد بهتري دارد.
روداکیس و الکسیس [3]، به طور تئوري یک سیستم جت را که از آمونیاك به عنوان مبرد استفاده می کند مطالعه کردند. نویسندگان یک مدل محاسباتی را توسعه دادند و اثر تغییر دماهاي مختلف را در اجزاي سیستم مانند:ژنراتور، کندانسور و اواپراتور روي COP و عملکرد اجکتور مطالعه کردند.
مطالعات مقایسه اي نیز توسط سیزونگ و همکارانش در سال [4] 2001، سلواراجو و مانی نیز مطالعات را توسعه دادند[5]آن، ها نتیجه گرفتند که عملکرد سیستم عمدتاً به هندسه اجکتور، نسبت تراکم و نوع مبرد بستگی دارد. ریفات و اومر [6] نتایج یک آنالیز و یک بررسی آزمایشگاهی از یک سیکل با متانول را بیان کردند. آن ها مقادیر آزمایشگاهی COP را در شرایط عملیاتی قابل دسترس با استفاده از حرارت درجه پایین مانند انرژي خورشیدي و گرماي تلف شده، بین 0.2 و 0.4 به دست آوردند. سانکارال و مانی [7] در سال 2007 نتایج یک آزمایش انجام شده روي یک سیستم اجکتور با آمونیاك را منتشر کردند و نتیجه گرفتند که نسبت جرمی و COP با افزایش نسبت سطح اجکتور و نسبت انبساط وکاهش نسبت تراکم افزایش می یابد. زیاپور و عباسی [8] به طور تئوري یک سیستم اجکتور را با آب طبق قانون اول و دوم بررسی کردند. بازده قانون دوم لوله هاي حرارتی سیکل تبرید اجکتور با افزایش دماي اواپراتور و کاهش دماي کندانسور افزایش می یابد.
در این مقاله، مطالعه بر روي اواپراتور اجکتور که با گرماي تلف شده تولیدي توسط گاز خروجی از یک موتور سوخت داخلی عمل خواهد کرد بررسی انجام شده است. در این مقاله مدل محاسباتی در نرم افزار (EES) طبق قانون اول و دوم مورد مطالعه قرار گرفته است. در قسمت اول کار، یک مطالعه مقایسهاي از عملکرد سیستم با مبردهاي مختلف: آب، متانول، آمونیاك و R134a انجام شد. نتایج نشان می دهند سیتمی که سیال عامل آن آب میباشد در شرایط داده شده عملکرد بهتري دارد و همچنین یک سیال کاربردي، با توجه به فشار جوش است. هدف کار حاضر مطالعه از نظر انرژي و اکسرژي عملکرد سیستم و اجزاي اصلی آن، براي دماهاي مختلف است. شبیه سازي ها براي تغییرات در دماي ژنراتور، کندانسور و اواپراتور انجام شده و یک حالت بهینه تخمین زده شد.
-2شرح سیستم
در این مقاله سیالات عامل مختلف بر روي یک سیکل تبرید اجکتور که باید بار سرمایش 45.6kw را تامین کند، مورد بررسی قرار گرفته است. پارامترهاي اصلی سیستم، دماهاي: تبخیر، میعان، سرمایش و آب خنک کننده است که در جدول 1 آورده شدهاند.
با توجه به پارامترهاي جدول 1، شبیه سازي کامپیوتري طبق آنالیز انرژي و اکسرژي انجام شد. دما در ژنراتور بخار متغیر میباشد. شبیه سازي براي سیال عامل (آب)R718 ، متانول، (آمونیاك)R717 و R134a انجام شد.
در یک سیستم تخلیه، کمپرسور مکانیکی با اجکتور جایگزین می شود. اجکتور جزء کلیدي در این سیکل ترکیبی است. اجکتور شامل چندین قسمت می شود: یک قسمت نازل جریان اولیه و یک محفظه مکش براي جریان ثانویه، یک محفظه اختلاط که جریان اولیه و ثانویه در آن مخلوط می شوند، یک قسمت گلوگاه که سیال مخلوط تحت یک شوك عرضی و یک ازدیاد فشار قرار میگیرد.[9] آخرین قسمت دیفیوزر است که در آن سیال مخلوط دوباره به اندازه فشار پشت متراکم می شود. سیستم تبرید اجکتور در شکل 1 آورده شده است.
شکل :1 سیستم تبرید اجکتور
-3آنالیز انرژي
آنالیز انرژي با استفاده از نرم افزار EES انجام شد. به منظور شبیه سازي سیستم اجکتور، مدل ریاضی بدست آمده است. مدلسازي اجکتور متشکل از معادلات انرژي، جرم و مومنتوم است. به منظور تخمین مدل، این فرضیات در نظر گرفته شدند جریان داخل اجکتور در حالت پایدار است، افت فشارها بر اثر اصطکاك در اواپراتور و روي لوله ها نادیده گرفته شده است، فرآیند اختلاط در قسمت اختلاط اجکتور در فشار ثابت اتفاق می افتد و با بقاي انرژي مطابقت می کند، اجکتور آدیاباتیک است.
معادلاتی که سیستم اجکتور را توصیف می کنند مطابق مدل بیان شده توسط دیگر نویسندگان است11]،.[10 ظرفیت هاي گرمایی، موازنه انرژي و جرم براي اجزاي مختلف سیستم اجکتور در پایین آورده شده اند.
- سرعت در خروجی نازل اولیه اجکتور
1 ضریب کاهش سرعت بر اثر اصطکاك گاز است. 1 =0. 95 در نظر گرفته شده است با مقادیر توصیه شده بین 0.92-0.96، مطابقت دارد
- سرعت در خروجی مححفظه اختلاط اجکتور
2 =0.975ضریب کاهش سرعت بر اثر اصطکاك است.
- افزایش آنتالپی در محفظه اختلاط
به منظور تعیین حالت واقعی در خروجی محفظه اختلاط، حالت I، معادله موازنه انرژي را براي این قسمت اجکتور اعمال شده است:
- آنتالپی در خروجی دیفیوزر
3 0.9 ضریب کاهش سرعت بر اثر اصطکاك با مقادیر توصیه شده اش بین 0.88-0.92 است. بعد از تعیین حالت واقعی، ضروري است که فاکتور تخلیه و مصرف بخار ویژه را طبق روابط 7و8 دوباره محاسبه کنیم.
با این مقادیر دوباره محاسبه شده مقادیر دبی جرمی ، بارهاي گرمایی و COP معین می شوند
- تعیین ظرفیت گرمایی اواپراتور
- جریان ثانویه یا جریان سرد
- جریان اولیه
- بار گرمایی اجزا
- عملکرد سیکل
در حل فرض خواهد شد که کار پمپ کردن،WP ، ناچیز است.
-4آنالیز اکسرژي
آنالیز اکسرژي براي تخمین اتلاف هاي اکسرژي و براي اشاره کردن به نقصهایی که در هر جزء از سیستم تبرید اتفاق می افتد، بکار رفته است .[12] آنالیز اکسرژي در نرم افزار EES انجام شده است. شرایط مرجع در P0=1atm و t0=tCdi=25°C در نظر گرفته شده است. به منظور مطالعه هر جزء طبق قانون دوم، روابط اجزاء مختلف سیکل آورده شده است.
برگشت ناپذیريها، به این معنی هستند که اکسرژي مصرف شده است .[13] مدل ریاضی براي مطالعه تولید آنتروپی سیکل تبرید توسط پتروسکو در سال 2012 م بدست آمده است .[14] همچنین یک آنالیز اکسرژي براي انتخاب اختلاف دماي بهینه در مبدل حرارتی یک سیستم برودتی توسط دوبروویسکو و همکارانش انجام شد .[15] عبارات مربوطه براي سوخت، محصول و برگشت ناپذیري اجزاي سیتم در زیر مطابق دوبروویسکو آورده شده است 13]و.[15
ابتدا حالت مرجع محاسبه شده است.
A0 اکسرژي آب در حالت مرجع در شرایط t0=tCdi=25°C و P0=101325Kpa محاسبه شده است. اکسرژي ویژه هر نقطه همان طور که در ادامه آورده شده محاسبه شده است:
بازده اکسرژي اتلاف اکسرژي و درصد اتلاف اکسرژي نسبت به کل اتلاف، همه اجزا شبیه هم هستند.
اواپراتور:
(29) بازده اکسرژي کلی سیکل تبرید:
