بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک چرخه برایتون که شامل خنک کن میانی، بازگرمایش و بازیاب میباشد، در نرم افزار EES شبیه سازی شده است و نمودارهای بازده کل چرخه نسبت به بازده بازیاب، بازده توربین، بازده کمپرسور، بازده خنک کن میانی و همچنین دمای ورودی توربین محاسبه و رسم شده است. نتایج نشان میدهد که با افزایش هر یک از این مقادیر بازده اجزای سیکل، مقدار بازده کل چرخه افزایش مییابد.
همچنین نتایج نشان داد با افزایش دمای ورودی چرخه، مقدار بازده کاهش مییابد. همچنین نمودارهای مربوط به اگزرژی تلف شده نسبت به بازده اجزای چرخه محاسبه و رسم شده است که با افزایش بازده توربین، بازده کمپرسور، بازده خنک کن میانی و بازده بازیاب مقدار اگزرژی تلف شده کاهش میبابد، اما با افزایش دمای ورودی چرخه و دمای ورودی توربین مقدار اگزرژی تلف شده افزایش مییابد.
-1 مقدمه
بهینه سازی انرژی، پرداخته انرژی و مباحث مربوط به آن یکی از مهمترین مسایل امروزی دنیاست. بهینه سازی مصرف انرژی یکی از مهمترین زمینههای پژوهشی میباشد. البته با توجه به قانون پایستگی انرژی، عملا انرژی از بین نمیرود، بلکه کیفیت انرژی - اگزرژی - در تمامی فرآیندها در جهان کاهش مییابد. پس به نوعی میتوان گفت منظور از بهینه سازی مصرف انرژی، کند کردن روند کاهش اگزرژی در فرآیندها میباشد. نیروگاههای موجود در جهان به دو گروه عمده نیروگاههای بخار با چرخه رانکین و نیروگاههای گازی با چرخه برایتون تقسیم بندی میشوند.
با توجه به استفاده گسترده از چرخه برایتون در نیروگاههای موجود در جهان، بالا بردن بازده این چرخه برای کند کردن نرخ کاهش کیفیت انرژی اهمیت زیادی دارد. عموما در این چرخهها از خنک کن میانی و بازگرمایش و بازیاب برای افزایش بازده چرخه استفاده میشود. یکی از مهمترین پارامترهای چرخه برایتون بازده چرخه میباشد.در این مقاله به بررسی قانون اول ودوم ترمودینامیک و اگزرژی در حالت های مختلف پرداخته شده است.
مقوله انرژی مقوله بسیار مهمی است لذا محققین زیادی در این زمینه ها کار کردند. آذربایجانی [1] سیکل برایتون با سیال عامل دی اکسید کربن را شبیه سازی کرد و با تغییر پارامتر هایی مثل دمای بالا و پایین سیکل، تاثیر این پارامترها روی بازده سیکل را به دست آورد. توحید و امید ادیبی [2] در مقاله خود به بررسی میزان کارایی سیکل تبرید جذبی خورشیدی در مقایسه با سیکل تبرید تراکمی در مناطق گرمسیری کشور پرداختند. با توجه به کار مصرفی کمتر پمپ در قیاس با کمپرسور برق مصرفی سیکل های تبرید جذبی به مراتب پایین تر از سیکل های تراکمی است.
در مقاله دیگری [3] همین کار را برای مناطق سردسیری تعمیم دادند. در این دو مقاله از نظر اقتصادی هم استفاده از سیستم های خورشیدی بررسی شده است. با توجه به کمتر بودن گرمای دریافتی در مناطق سردسیری، دوره بازگشت سرمایه در این مناطق نسبت به مناطق گرمسیری بیشتر بوده است. این نویسندگان در کارهای دیگری [5 , 4] از جنبه های دیگری مثل تعدیل دمای داخل ساختمان، دوجداره کردن پنجره ها، عایق کاری دیوار های خارجی به مقوله مصرف اند. در این کارها نیز از زاویه اقتصادی هم به مسایل نگاه شده است تا مشخص شود سرمایه گذاری در این زمینه ها چقدر می تواند مفید باشد.
ادیبی و فرهنگ مهر [6] در کار دیگری، مطالعه انجام شده در مرجع [2] را ادامه دادند. در این مقاله سیکل های جذبی و تراکمی در نرم افزار EES شبیه سازی شدند. نتایج حاصل از این شبیه سازی ها امکان مطالعه دقیق تر این سیکل ها و امکان سنجی استفاده از سیکل های جذبی خورشیدی به جای سیکل های تراکمی را فراهم نمودند. همچنین در کارهای دیگری ادیبی و همکارانش [7] و [8] مقوله بهینه سازی انرژی در سیکل برایتون را مورد مطالعه قرار دادند.
با تغییر فشار خنک کن میانی بازده سیکل تغییر می کند. علایی و همکارانش [9] سیکل ترکیبی را بر مبنای قانون اول و دوم ترمودینامیک تحلیل کردند و پارامترهایی مثل بازده اگزرژی را به دست آوردند. در این مقاله در شرایط مختلف سیکل برایتون بازگشت ناپذیر با خنک کن میانی و دو محفظه احتراق و بازیاب شبیه سازی شده است. در همه این شبیهسازیها حالت واقعی برای اجزا در نظر گرفته شده است. نتایج تمامی شبیه سازی ها از نظر قانون اول و دوم ترمودینامیک تحلیل شده است.
-2 معادلا حاکم و مدل سازی
سیکل برایتون با بازیاب، خنککن میانی و بازگرمایش در شکل1نشان داده شده است. در این مقاله حالت های مختلف سیکل برایتون مورد توجه بوده است. برای دفع گرما در خنککن میانی میتوان از یک سیکل سرمایشی استفاده کرد که در این صورت هزینه های بسیار زیادی ایجاد خواهد کرد و علاوه بر آن، اگر سیکل سرمایشی به کار رفته، تراکمیباشد، باید کار مصرفی آن سیکل نیز در نظر گرفته شود و اگر سیکل سرمایشی به کار رفته جذبی باشد باید کار و گرمای آن هم در نظر گرفته شود و لازم است این موارد برای پیدا کردن حالت بهینه در نظر گرفته شوند. اما میتوان خنککن میانی را یک مبدل حرارتی ساده در نظر گرفت که با هوای محیط تبادل حرارت میکند. در این صورت میتوان برای خنککن میانی هم به صورت زیر بازده تعریف کرد.
-3 بحث بر روی نتایج
در ابتدا یک چرخه برایتون غیر ایده آل با دو کمپرسور و دو توربین و یک بازیاب در نظر گرفته شده است. هوا با دمای 25 درجه سانتیگراد و فشار 100 کیلو پاسکال وارد کمپرسور اول میشود و بعد از عبور از خنککن میانی وارد کمپرسور دوم میشود. فشار داخل خنککن 300 کیلو پاسکال و فشار داخل محفظه احتراق 900 کیلو پاسکال و دمای ورودی هر دو توربین 1000 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است.
بازده کمپرسورها، توربینها، بازیاب و خنک کن میانی %80 در نظر گرفته شده است. در قسمت اول تاثیر بازده کل سیکل نسبت به هر یک از اجزای آن بررسی شده است و در قسمت دوم اگزرژی تلف شده نسبت به هر یک از اجزای سیکل بررسی شد، باتوجه به نمودارهای بدست آمده برای میزان اگزرژی تلف شده مشاهده می شود که میزان کاهش اگزرژی با کاهش بازده توربین شدیدتر از کاهش بازده خنک کن میانی است. نمودار T-S چرخه مورد نظر در شکل2 نشان داده شده است.
در قسمت اول مقاله بازده کل چرخه نسبت به بازده پارامتر های دیگر بدست آمده است و در قسمت دوم اگزرژی تلف شده در شرایط مختلف بررسی شده است. در تمامی بررسی ها کدهایی در نرمافزار EES نوشته شده و نتایج بهدست آمده به صورت نمودار نشان داده شده است. در ابتدا تاثیر بازده توربین روی بازده کل چرخه بررسی شده است. شبیهسازیها با تغییر بازده توربینها از 1 t تا 0.5 t انجام شده است. با توجه به شکل3 با افزایش بازده توربین بازده کل افزایش مییابد.
