پديد آورنده :
خسروي شاد، سپهر
عنوان :
تحليل انرژي و اگزرژي چرخه‌ي آلي رانكين به منظور بازيابي حرارت اتلافي يك موتور سه‌استوانه پرخوران بنزيني
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
سيزده، 82ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
ايمان چيت‌ساز، مهدي نيلي احمدآبادي
استاد مشاور :
محمدرضا توكلي
توصيفگر ها :
بازيابي حرارت اتلافي , بهينه‌سازي مصرف انرژي , تحليل اگزرژي , چرخه‌ي آلي رانكين , روش سيمپلكس دانهيل , موتور احتراق داخلي پرخوران
استاد داور :
محمود اشرفي‌زاده، محسن دوازده امامي
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/09/17
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/09/17
چكيده فارسي :
اتلاف سهم قابل‌توجهي از انرژي سوخت سوزانده شده در موتورهاي احتراق داخلي، حاكي از اهميت ارتقاء كارايي و بازيابي انرژي تلف شده در اين پيشرانه‌ها است. در خودرو‌هاي سواري متداول بيشترين هدر‌رفت انرژي از دو منبع دود راهگاه خروجي و سامانه خنك‌كننده‌‌ي موتور صورت مي‌گيرد. مطالعه حاضر با تمركز بر اين دو منبع حرارتي، به بررسي عملكرد يك سامانه‌ي بازياب حرارت اتلافي مبتني بر چرخه‌ي آلي رانكين (چار)، در بازيافت انرژي اتلافي از موتور بنزيني يك خودروي سواري پرداخته است. هدف از اين پژوهش يافتن شرايط كاري بهينه‌ي چار، انتخاب بهترين سيال كاري به منظور استحصال بيشينه توان خالص خروجي از چرخه بازياب و همچنين ارزيابي كيفي عملكرد چار طراحي شده از طريق تحليل اگزرژي آن است. براي دستيابي به اين مقصود، مدل ترموديناميكي پايا و صفر بعدي سامانه چار مبنا در نقطه‌اي از نقشه‌ي عملكرد موتور به عنوان نقطه معيار، كه از شبيه‌سازي كاركرد خودرو بر اساس چرخه‌ي استاندارد رانندگي شهري بدست آمده، در نرم‌افزار ترموفلكس طراحي گرديد. با در نظر گرفتن گستردگي تعداد و تنوع، 27 سيال عامل اعم از سيالات خالص و مخلوط مورد ارزيابي قرار گرفتند. شرايط كاري بهينه‌ي سامانه مبنا با در نظر گرفتن دبي جرمي سيال عامل، پينچ چگالنده و فشار كاري توربين و چگالنده به عنوان متغيرهاي طراحي براي هر ماده‌ي كاري از طريق بهينه‌سازي آن با روش سيمپلكس دانهيل استخراج گرديد. در ادامه با در اختيار داشتن داده‌هاي آزمايشگاهي براي 320 نقطه از نقشه كاري موتور مورد بررسي، كارايي انرژي و اگزرژي چرخه‌ي مبناي بهينه‌شده در تمام منطقه عملكرد موتور ارزيابي شد. نتايج مطالعات نشان داد به طور ميانگين 02/0 تا 2/2 كيلووات از انرژي اتلافي موتور قابل بازيابي است. اگرچه سيالات تَر مانند آمونياك، R21 و R22 بيشترين توان خالص را توليد كردند، اما سيالات آيزنتروپيك يا نزديك به حالت آيزنتروپيك مانند RC318، R143A و R404A و مخلوط‌هاي زئوتروپيك با شيب دمايي ملايم در تغيير فاز بهترين گزينه در كاربرد با نوسانات شديد منابع حرارتي هستند.
چكيده انگليسي :
In conventional passenger cars, two third of the energy is wasted from the exhaust gas and engine cooling system. The present study has investigated the performance of a waste heat recovery (WHR) system based on Organic Rankine Cycle (ORC) through energy and exergy analysis for the turbocharged gasoline direct injection engine. The optimal working conditions along with the best working fluid of organic Rankin cycle in order to obtain the maximum Net Output Power (NOP) from the recovery cycle is investigated. The steady state zero-dimensional thermodynamic model of basic ORC at a series of the engine operating conditions is designed in Thermoflex software. The working point of engine has obtained by simulation of vehicle performance based on the standard urban driving cycle. Considering numerous and varied working fluids, 27 working fluid including pure and mixture fluids are evaluated. Mass flow rate of working fluid, condenser pinch, turbine inlet pressure and condenser working pressure are considered as the optimization design variables and the optimum operating conditions of the basic ORC extracted for each working fluid using Downhill Simplex method. Finally, by having experimental data for 320 points of the engines map, the energy and exergy efficiency of the optimized basic cycle analyzed in combination with engine’s entire operating region. The results of study showed that, on average 0.1 – 2.2 kw of engine waste heat has been recovered. Although wet fluids such as Ammonia, R21 and R22 has generated highest NOP but isentropic fluids including RC318, R143A and R404A, and moreover zeotropic mixtures with mild temperature gradient in phase change are best choices in severe fluctuations heat sources applications.
استاد راهنما :
ايمان چيت‌ساز، مهدي نيلي احمدآبادي
استاد مشاور :
محمدرضا توكلي
استاد داور :
محمود اشرفي‌زاده، محسن دوازده امامي
