709

پ م 54

موسويان سه ساري، سيد سعيد

كارشناسي ارشد

مكانيك

دانشگاه صنعتي قم

دانشكده مهندسي مكانيك

1399

گروه: تبديل انرژي

محسني، مهدي: لطيفي، انوشه

ميكروتوربينها، در واقع توربينهاي گازي كوچك با سرعت بالا كه به صورت شعاعي طراحي ميشوند. بنابراين، يكي از قابليتهاي ميكروتوبين گازي هيبريدي شدن آن با سيستم متمركز كننده حرارتي خورشيدي ميباشد. در پژوهش حاضر از نانو سيال 𝐶𝑢/𝑂𝑖𝑙 به صورت تحليلي به عنوان سيال انتقال حرارت خورشيدي مورد مطالعه قرار گرفته است. يك متمركز كننده ديش سهموي با استفاده از يك گيرنده حفرهاي لولهاي تحت پوشش پنجره كوارتز و استفاده همزمان جريان هوا و نانو سيال در مسير يك ميكروتوربين گازي 30 كيلوواتي تحت شدت تابش محلي استان قم يكپارچه شده است. در سيستم فوق از يك ريكوپراتور )بازياب حرارتي( نيز به منظور افزايش كارايي چرخه و از پمپ جهت انتقال نانو سيال به گيرنده و از مبدل حرارتي جهت كاهش دماي نانو سيال استفاده شده است. اثر پارامترهاي تاثيرگذار مانند دماي محيط، نسبت فشار كمپرسور، مساحت ديش، دماي ورودي توربين، شدت تابش خورشيدي، راندمان ريكوپراتور، دماي گيرنده، دماي نانو سيال و اثرات غلظت ذرات در محدوده 1 ، 2 و 3 درصد روي قانون اول و دوم ترموديناميك مورد بررسي قرار گرفته است. برنامهنويسي در نرم افزار 𝐸𝐸𝑆 انجام شده است. نتايج نشان ميدهد: افزايش دماي محيط به ازاي 5 درجه سانتيگراد بازده انرژي و اگزرژي به ترتيب 5 و 4 درصد كاهش مييابد. با افزايش نسبت فشار كمپرسور و دماي ورودي به توربين بازده الكتريكي و اگزرژي سيستم ابتدا افزايش و سپس كاهش مييابد. بنابراين به ترتيب به ازاي هر 100 درجه سانتيگراد دماي ورودي توربين 17 و 14 درصد افزايش پيدا كرده و از سوي ديگر با افزايش نسبت فشار كمپرسور راندمان اگزرژي در كمپرسور، ريكوپراتور، گيرنده افزايش ولي در محفظه احتراق و توربين كاهش يافته است. ولي بازگشت ناپذيري در كمپرسور، گيرنده، محفظه احتراق و توربين افزايش و در ريكوپراتور كاهش مييابد. بنابراين ميتوان نتيجه گرفت سيستم حد امكان در نسبت فشارهاي پايينتري كار كند. افزايش راندمان ريكوپراتور دماي ورودي به اتاق احتراق به صورت خطي افزايش مييابد در حاليكه راندمان الكتريكي، انرژي و اگزرژي به صورت صعودي افزايش يافته است. زيرا افزايش راندمان ريكوپراتور سبب شده كه سوخت كمتر و هواي چكيده أ بيشتري وارد اتاق احتراق ميشود. بنابراين نتايج نشان ميدهد كه در نسبت راندمان 86 درصد دماي ورودي به اتاق احتراق 682 درجه سانتيگراد افزايش مييابد. افزايش شدت تابش خورشيدي موجب ميگردد سوخت مصرفي ويژه سيستم به ازاي هر 100 وات بر متر مربع در نسبت كسر حجمي نانو ذرات 1 ، 2 و 3 درصد به ترتيب 0.5 ، 0.5 و 1 درصد كاهش مييابد. بنابراين نتايج نشان داده شده كه سوخت مصرفي سيستم علاوهبر شدت تابش خورشيدي به دماي محيط نيز وابسته است. از سوي ديگر استفاده همزمان نانو سيال و مواد جاذب متخلخل سراميكي در مسير بين ريكوپراتور و محفظه احتراق سبب كاهش 38 درصدي سوخت مصرفي و موجب افزايش 27 درصدي دماي هواي خروجي از گيرنده ميگردد. افزايش مساحت ديش سبب افزايش دماي هواي خروجي از گيرنده ميشود بنابراين به ازاي هر 10 متر مربع مساحت ديش سهموي، دماي هواي خروجي به ميزان 10 درجه سانتيگراد افزايش مييابد. از سوي ديگر موجب كاهش نرخ تخريب اگزرژي در محفظه احتراق ميشود. افزايش دماي نانو سيال باعث افزايش دماي هواي خروجي از گيرنده شده بنابراين در شدت تابش خورشيدي ثابت 477 وات بر متر مربع به ازاي هر 25 درجه سانتيگراد دماي نانو سيال، دماي هواي خروجي از گيرنده 100 درجه سانتيگراد افزايش مييابد و در صورت عدم شدت تابش خورشيدي 6 درصد افزايش خواهد يافت. افزايش كسر حجمي نانو ذرات بازده انرژي و اگزرژي به صورت خطي افزايش مييابد. بنابراين به ازاي افزايش 1 درصدي كسر حجمي نانو ذرات بازده انرژي و اگزرژي به ترتيب 35 و 45 درصد افزايش مييابد. نتايج بدست آمده نشان ميدهد بيشترين تخريب اگزرژي مربوط به محفظه احتراق و كمترين آن در گيرنده خورشيدي رخ ميدهد. همچنين نشان ميدهيم با افزايش دماي گيرنده نرخ تخريب اگزرژي ناشي از افت فشار و هدايت در گيرنده قابل چشم پوشي است. واژگان كليدي: ميكروتوربين گازي، نانو سيال و مواد متخلخل، انرژي، اگزرژي، بازگشت ناپذيري، انرژي خورشيدي.