عنوان

بررسی مقایسه‌ای آرایش‌های مختلف چرخه‌ی) ‮‭ORC‬ چرخه‌ی رانکین آلی (در تولید توان از منابع حرارتی خورشیدی

Number

‭۴۴۶۱پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

بررسی مقایسه‌ای آرایش‌های مختلف چرخه‌ی) ‮‭ORC‬ چرخه‌ی رانکین آلی (در تولید توان از منابع حرارتی خورشیدی

First Statement of Responsibility

/حامد یادگاری

Name of Publisher, Distributor, etc.

تبریز: دانشگاه تبریز، دانشکده فنی، گروه مکانیک-تبدیل انرژی

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۱۵۲‬ص‬

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

مهندسی مکانیک

Date of degree

‮‭۱۳۹۱/۰۴/۲۶‬

Body granting the degree

تبریز: دانشگاه تبریز، دانشکده فنی، گروه مکانیک-تبدیل انرژی

Text of Note

در این پایان‌نامه تولید توان از انرژی حرارتی تأمین شده توسط گردآورنده‌های خورشیدی لوله مورد بررسی قرار گرفته است .گردآورنده‌های خورشیدی لوله توانایی تولید گرما تا دمای ‮‭C۱۵۰‬را دارند .با توجه به دمای پایین منبع حرارتی، چرخه‌ی ‮‭ORC‬ به عنوان چرخه‌ی تولید توان انتخاب شده است .شش آرایش مختلف چرخه‌ی ‮‭ORC‬ به همراه دو نوع آرایش اتصال گردآورنده‌ی خورشیدی به چرخه‌ی تولید توان که در مجموع دوازده آرایش مختلف را ایجاد می‌کنند، مورد بررسی قرار گرفته اند .مدل سازی ترمودینامیکی چرخه های مذکور توسط نرم افزار ‮‭EES‬ انجام شده است .از میان سیال‌های موجود در بانک اطلاعاتی نرم افزار‮‭EES‬ ، با در نظر گرفتن معیارهای مختلفی مانند ایمنی، سازگاری با محیط زیست و خواص ترمودینامیکی سیال‌ها، هجده سیال به عنوان سیال عامل چرخه‌ی ‮‭ORC‬ برای تحلیل انتخاب شده‌اند .در مجموع با در نظر گرفتن چرخه ها و سیال عامل‌های مختلف، ‮‭۱۷۸‬ چرخه‌ی مختلف مورد بررسی قرار گرفته و بهینه سازی برای تولید توان خالص بیشینه در هر مورد انجام گرفته است .نتایج این پایان‌نامه نشان می‌دهند که افزودن مبدل حرارتی داخلی موجب بهبود عملکرد سیستم شده و توان تولیدی خالص را افزایش می‌دهد .البته این تأثیر، شدیدا وابسته به نوع سیال عامل مورد استفاده است، به طوری که کمترین تأثیر مربوط به سیال‌های تر و بیش‌ترین تأثیر مربوط به سیال های خشک است .افزودن گرمکن باز تغذیه هم، توان خالص سیستم را افزایش می‌دهد .البته برخلاف مبدل حرارتی داخلی، این تأثیر وابستگی چندانی به نوع سیال ندارد و برای همه‌ی سیال‌ها تقریبا یکسان است .افزودن گرمکن بسته‌ی تغذیه تأثیر تقریبا مشابهی با گرمکن باز تغذیه دارد .با توجه به تأثیر مثبت افزودن مبدل حرارتی داخلی و گرمکن باز یا بسته‌ی تغذیه، آرایش‌صهای ‮‭ORC‬ با گرمکن تغذیه) باز یا بسته (و مبدل حرارتی داخلی بیش-ترین توان تولیدی را در بین شش آرایش مورد بررسی ‮‭ORC‬ دارند .برای آرایش اتصال ‮‭HTF‬ با توجه به جمیع جوانب، ‮‭Isopentane‬ به عنوان سیال عامل انتخاب شده است .بیشترین توان خالص با این سیال و آرایش اتصال‮‭HTF‬ ، توسط چرخه‌ی ‮‭ORC‬ با گرمکن بسته‌ی تغذیه و مبدل حرارتی داخلی تولید می‌شود .همچنین برای آرایش اتصال ‮‭DVG‬ با توجه به جمیع جوانب، ‮‭Acetone‬ به عنوان سیال عامل انتخاب شده است .بیشترین توان خالص با این سیال و آرایش اتصال‮‭DVG‬ ، توسط چرخه‌ی ‮‭ORC‬ با گرمکن باز تغذیه و مبدل حرارتی داخلی تولید می‌شود .این انتخاب‌صها با در نظر گرفتن معیارهایی از جمله توان خالص بیشتر، دبی حجمی کمتر، نسبت حجمی انبساط کمتر در توربین، دمای خود اشتعالی بیش‌تر و سازگاری بیش‌تر با محیط زیست انجام گرفته اند .چرخه های انتخاب شده از نظر نسبت حجمی انبساط در توربین وضعیت تقریبا مشابهی دارند .چرخه با آرایش اتصال ‮‭DVG‬ و سیال عامل ‮‭Acetone‬ توان بیشتری تولید می‌کند، در حالی که چرخه با آرایش اتصال ‮‭HTF‬ و سیال عامل ‮‭Isopentane‬ دارای دبی حجمی کمتری در خروجی توربین است .مقادیر بازده سیستم که نسبت توان خالص تولیدی به توان تابشی ورودی به گردآورنده است، برای چرخه های منتخب برای آرایش اتصال ‮‭DVG‬ و ‮‭HTF‬ به ترتیب برابر ‮‭۶۹۶/۹‬ و ‮‭۲۷/۹‬ است .تأثیر فوق گرم کردن سیال عامل در ورودی توربین می‌صتواند در دو حالت کلی مورد بررسی قرار گیرد .برای چرخه هایی که دارای مبدل حرارتی داخلی هستند، فوق گرم کردن با هر سیال عاملی، تأثیر مثبتی در توان خالص چرخه دارد .اگر چرخه، بدون مبدل حرارتی داخلی باشد، سه حالت متفاوت وجود دارد .اگر سیال عامل تر باشد، باز هم باید ورودی توربین را تا حد امکان فوق گرم کرد .اگر سیال آیزنتروپیک باشد، تأثیر فوق گرم کردن ناچیز خواهد بود و اگر سیال خشک باشد، فوق گرم کردن تأثیر منفی بر توان خالص چرخه خواهد داشت و بهتر است ورودی توربین به صورت بخار اشباع باشد .تحلیل اگزرژی انجام شده نشان می‌دهد که بیش‌ترین برگشت ناپذیری سیستم در گردآورنده‌ی خورشیدی رخ می‌دهد .بعد از گردآورنده، توربین بیش‌ترین مقدار برگشت ناپذیری را دارد

Text of Note

In this thesis, power generation from thermal energy supplied by evacuated tube solar collectors is studied. Evacuated tube solar collectors can generate thermal energy at a temperature of up to 150C. Due to the low temperature of heat source, ORC cycle is selected as the power generation cycle. Six different configurations of ORC combined with two connection type of solar collectors to power cycle which lead to twelve different cycles are investigated. Thermodynamic modeling of these cycles are done by EES Software. Among the fluids of the EES Software library, eighteen fluids are selected as the working fluids of ORC considering several criteria such as safety, environmental aspects, and thermodynamic properties of fluids. Totally considering various configurations and working fluids, 178 different cycles are studied and optimized for maximum net power generation The results show that adding an internal heat exchanger improves system performance and increases the net produced power. This effect strongly depends on the working fluid type, so that the least impact corresponds to the wet fluids and the highest impact is associated with the dry fluids. Adding the open feed heater increases the net power of system, too. However, unlike the internal heat exchanger, this effect does not depend much on the type of fluid and it is almost identical for all the considered fluids. The influence of adding the closed feed heater on the system performance is the same as that of adding the open feed heater. Regarding the positive impact of adding internal heat exchanger and open or closed feed heater, the ORC configurations which have both feed heater (open or closed) and internal heat exchanger proved to be the best among the six investigated configurations of ORC. Considering all the aspects, isopentane is selected as the working fluid for HTF connection type. With this fluid and HTF connection type, the highest net power is generated by ORC with closed feed heater and internal heat exchanger. Also for the DVG connection type, selecting acetone as working fluid is found to be the most convenient one. With this fluid and DVG connection type, the highest net power is generated by ORC with open feed heater and internal heat exchanger. These selections have been done considering some criteria such as higher net power, lower volumetric flow rates, lower volumetric expansion ratios in turbine, higher auto ignition temperatures and higher compatibility with the environment. The selected cycles are almost similar from the point of view of volumetric expansion ratios in turbine. The cycle with DVG connection type which uses acetone as working fluid, generates more power. However, the cycle with HTF connection type which uses isopentane as working fluid, has lower volumetric flow rates at turbine outlet. The amounts of system efficiency which is the ratio of generated net power to the solar collector's income radiation power, are 9.696 and 9.27 for the selected cycles for the DVG and HTF connection types, respectively. The effect of superheating the working fluid at turbine inlet can be investigated in two main categories. For cycles which have internal heat exchanger, superheating for all the fluids has positive impact on cycle net power. For cycles without internal heat exchanger, three different situations are taken into account. For wet working fluids it is better to superheat the fluid as much as possible. For isentropic fluids the effect of superheating is negligible. And for dry fluids, superheating has negative impact on cycle net power and it is better to maintain the working fluid at saturated vapor at turbine inlet. The exergy analysis shows that the highest irreversibility occurs at solar collector. The second highest irreversibility occurs in the turbine

Solar Energy

Exergy

Working Fluid Selection

Organic Rankine Cycle

یادگاری، حامد

سید محمودی، سید محمد، استاد راهنما

جعفری، محرم، استاد راهنما

یاری،مرتضی، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی