بخشی از مقاله
چکیده : مبردهای مصنوعی گازهایی آلاینده، قابل اشتعال و سمی هستند.بنابراین گازهای طبیعی مانند دی اکسید کربن، برای استفاده درچرخه تبرید مورد توجه بیشتری قرارگرفته اند.اما چون نسبت فشار سیکل بالا می باشد قدرت مصرفی کمپرسور زیاد بوده و ضریب عملکرد سیکل ساده زیاد نمی باشد به همین دلیل باید راهکارهایی برای افزایش سیکل پیدا نمود. دراین مقاله به منظور بازیابی این افت گلوگاهی، سیکل جدیدی با عنوان سیکل تبرید دوگانه کربن دی اکسید با دو اجکتور دو فشاره ارائه شده است که درمقایسه با سیکل تبرید دوگانه کربن دی اکسید معمول، ضریب عملکرد را به اندازه %14 افزایش داده است. در این مقاله اثر پارامترهای مختلف ازجمله دمای خروجی کولرگازی،فشارکولرگازی و دمای تبخیر کننده برضریب عملکرد سیکل بررسی شده است.
.1 مقدمه
با توجه به محدوده وسیع استفاده از سیستمهای سرمایشی و مضراتی که مبردها برای محیط زیست از جمله لایه ازن ایجاد کردهاند،کربن دی اکسید به دلیل مزایایی از جمله قیمت پایین، سادگی سیستم، کارکرد با روغن معدنی، غیر قابل احتراق و اشتعال ناپذیری وعدم پتانسیل تهلیل لایه ازن - ODP=0 - سالهای زیادی مورد توجه دانشمندان به عنوان مبرد جایگزین قرارگرفته است.[1,2]لرنزن و پترسن [3] سیکل تبرید تراکمی بخار دوگانه کربن دی اکسید معمول را معرفی کردند.
اما تحقیقات گذشته [4] نشان داده اندکه اتلاف انبساطی زیاد ناشی از اختلاف فشار زیادبین کولر گازی و تبخیر کننده در سیکل تبرید اولیه کربن دی اکسید نسبت به سیکل های تبرید معمول وجود دارد.درنتیجه به منظور بازیابی افت گلوگاهی چندین اقدام انجام شده است که از جمله جایگزینی شیر انبساط با توربین است. رابینسون و گرول[5]، یانگ و همکاران [6] و نیکل و همکاران [7] با جاگزینی توربین به جای شیر انبساط نشان دادند که این کار اگر چه از نظر تئوری ضریب عملکرد سیستم را افزایش می دهد اما در عمل از نظر اقتصادی به خصوص برای ظرفیت های کم،مقرون به صرفه نیست.به علاوه اینکه به دلیل استفاده از جریان دو فازی، در توربین مشکلات مکانیکی به وجود می آید .
اقدامات دیگر شامل استفاده از اجکتور انبساطی یا لوله های گردابی[8] بوده است. اجکتوروسیله ای است که با استفاده از یک سیال با فشار بالا، سیال با فشار کم را به فشار در خروجی دیفیوزر پمپ می کند. مزایایی از جمله هزینه کم، نداشتن قطعه متحرک و توانایی استعمال جریان دو فاز بدون ایجاد خسارت در اجکتور انبساطی، باعث افزایش گرایش برای استفاده از آن شده است.کرن هاوسر[9] نشان داد که با استفاده از اجکتور در سیکل تبرید معمول با مبرد R-12 به جای شیر انبساط ضریب عملکرد سیستم تا %21 نسبت به سیکل تبرید معمول افزایش می یابد.دنگ و همکاران [10] نشان دادند که استفاده از اجکتور به جای شیر انبساط در سیکل تبرید با مبرد R-125 بهبود قابل توجهی در ضریب عملکرد ماکزیمم سیکل ایجاد می کند.
لای و گرول [11] نشان دادند که استفاده از اجکتور در سیکل تبرید دوگانه کربن دی اکسید باعث بهبود ضریب عملکرد نسبت به سیکل پایه می شود.لیبل و هرن جک [12] یک اعتبار سنجی آزمایشگاهی از یک نمونه اجکتور طراحی شده ی آزمایشگاهی ، در یک سیکل تبرید کربن دی اکسید به منظور کاهش افت گلوگاهی انجام دادند و دریافتند که در بهترین حالت ظرفیت خنک کنندگی و ضریب عملکرد به ترتیب تا %8 و %7 افزایش می یابد.
یاری و سیروسازار [13] نشان دادند که دو مرحله ای کردن سیکل و استفاده از سپراتور و مبدل حرارتی و اینترکولر در سیکل تبرید دو گانه کربن دی اکسید با اجکتور ضریب عملکرد سیکل را نسبت به سیکل قبلی افزایش می دهد. در این مقاله سیکل جدید کربن دی اکسید دو اجکتوره دو فشاره ارائه شده که بر اساس قانون اول ترمودینامیک بررسی و عملکرد آن با سیکل یک اجکتوره مقایسه شده است.شماتیک سیکل یک اجکتوره در شکل 1 نشان داده شده است .این سیکل یکبار توسط لای و گرول بررسی شده است.
.2 شرح سیکل
شکل 2 و 3 شماتیک و نمودار فشار-آنتالپی مرتبط با سیکل تبرید دو گانه کربن دی اکسید دو اجکتوره ی دو فشاره را نشان می دهند.سیکل ارائه شده در این مقاله توسعه سیکل پیشنهادی لای و گرول درمرجع یازدهم، می باشد.این سیستم شامل دو کمپرسور،یک کولرگازی ،دو اجکتور،دو جدا کننده ی مایع و بخار،یک شیر انبساط و یک تبخیر کننده می باشد. یک نرخ جرمی واحد از بخار کربن دی اکسید متراکم شده در حالت فوق بحرانی به کولرگازی فرستاده می شود، جریان فوق بحرانی بعد از خروج از کولر گازی و خنک شدن به عنوان جریان محرک وارد اجکتور اول می شود، یک نرخ جرمی واحد از بخار اشباع خروجی از سپراتور اول وارد کمپرسور دوم می شود، بخار اضافی طی بای پس با مایع اشباع خروجی از سپراتور اول ترکیب شده و به عنوان جریان محرک وارد اجکتور دوم می شود. نرخ جرمی واحد از بخار اشباع خروجی از سپراتور دوم وارد کمپرسور اول و بعد از آن به عنوان جریان مکش وارد اجکتور اول می شود. بخار اضافی طی بای پس گذرنده از شیر انبساط با مایع اشباع خروجی از سپراتور دوم ترکیب شده و بعد از عبور از تبخیر کننده به عنوان جریان مکش وارد اجکتور دوم می شود و این سیکل بسته کامل می شود.
.3 آنالیز ترمودینامیکی
برای ساده تر کردن مدلسازی تئوری سیکل تبرید دوگانه کربن دی اکسید پیشنهاد شده، فرضیات زیر در نظر گرفته شده است.
-1افت فشار در کولرگازی، تبخیر کننده و لوله های ارتباطی نادیده گرفته می شود.
-2هیچ گونه اتلاف گرمایی از محیط به سیستم به جز انتقال گرما از کولرگازی وجود ندارد.
-3بخار و مایع خروجی از جداکننده اشباع هستند.
-4جریان عبوری از شیر اختناق یا شیر انبساط آنتالپی ثابت است.
-5دمای خروجی کولرگازی و دمای تبخیر کننده داده شده است.
-6جریان داخل اجکتور همگن در نظر گرفته می شود.
-7هردو جریان اولیه و ثانویه در ورودی محفظه اختلاط با سطح ثابت با هم مخلوط نمی شوند و دارای فشار یکسانی هستند.
-8بازده انبساط جریان اولیه و ثانویه و همچنین بازده دیفیوزر اجکتور داده شده است.
