آقای امیرحسین رفاهی دانشجوی جناب آقای دکتر صنایع، روز سه شنبه ۹۹/۰۴/۱۷ از رساله دکتری خود تحت عنوان "مدلسازی و بهینه­سازی سیستم تولید همزمان برق،سرمایش وگرمایش در شبکه‌های توزیع (موتور گازسوز - سیکل ارگانیک رانکین - سیکل تبرید اجکتوری -ترانس قدرت)" دفاع خواهد کرد. این جلسه ساعت ۱۳ روز سه شنبه در سالن دفاعیات دانشکده مهندسی مکانیک برگزار خواهد شد.

چکیده:

در پژوهش حاضر یک سیستم تولید همزمان برق، سرمایش و گرمایش به منظورتامین ولتاژ پایدار مورد نیاز در گره­های موجود در شبکه توزیع برق، پیشنهاد شده­است. با موتورگازسوز، برق مورد نیاز از طریق گره مشخص به شبکه تزریق می­گردد. بعلاوه از سیکل ارگانیک رانکین برای بازیافت حرارت اتلافی موتورگازسوز و تولید مجدد برق استفاده شده­است. بنابراین برای افزایش ولتاژ برق تولیدی توسط موتورگازسوز و سیکل ارگانیک رانکین، به ولتاژ شبکه توزیع، به یک ترانس قدرت نیاز است. ترانس قدرت به علت تلفات کویل آن، گرم می­گردد لذا برای جلوگیری از کاهش ظرفیت و یا خروج از مدار، این ترانس­های قدرت باید خنک­کاری شوند. خنک­کاری ترانس قدرت در شبکه توزیع با استفاده از سیستم تبرید اجکتوری و حرارت بازیافت شده توسط کندانسور سیکل ارگانیک رانکین انجام می­گردد. لذا در این پژوهش، مدلسازی کل سیستم شامل سیکل ارگانیک رانکین، سیکل تبرید اجکتوری و ترانس قدرت انجام شده است وسپس بهینه­سازی سیستم با کمینه­کردن تلفات اگزرژی سیستم و بیشینه­کردن سود نسبی سالیانه­ی سیستم، صورت پذیرفته­­است.محاسبات برای ۴موتور گازسوز با توان­های مختلف انجام شد.
با توجه به استفاده از سیستم­های تبرید اجکتوری، در مورد روش محاسبات هندسه اجکتورها و شکل­بندی سیکل­های تبرید اجکتوری، روش­های نوآورانه­ای در فصل سوم ارائه شده­است.
سیکل تبرید اجکتوری دارای ضریب عملکرد کوچکی می‌باشد و ترکیب آن با سیکل تبرید تراکمی موجب تولید یک سیکل ترکیبی اجکتوری- تراکمی و افزایش ضریب عملکرد آن خواهد شد. هر چند این مجموعه سیکل‌های ترکیبی در ۲۸ سال گذشته پیشنهاد شده‌اند ولی موضوع بهینه‌سازی این سیکل تا به حال بررسی نشده است، به علاوه انتخاب و کنترل هندسه اجکتور برای عملکرد واقعی آن در چنین سیکلی نیز بحث نشده است. لذا در این مقاله مدل‌سازی انرژی، اگزرژی، اقتصادی و زیست­محیطی چنین سامانه‌ای انجام گرفته است که دو تحلیل آخر تا به حال انجام نشده است. پس از مدل‌سازی برای انجام بهینه‌سازی سیکل تبرید ترکیبی اجکتوری- تراکمی، دو تابع هدف بازده اگزرژی و مجموع هزینه سالانه انتخاب شدند وپنج متغیر طراحی سیستم مشخص گردیدند.
با استفاده از بهینه‌سازی توسط الگوریتم ژنتیک و با در نظر گرفتن قیود مسئله، مقادیر بهینه متغیرهای طراحی محاسبه شدند. از جمله متغیرهای طراحی، شرایط دما و فشار ورودی و خروجی از اجکتور است که سه قطر گلوگاه نازل اولیه(d_t)، قطر خروجی از نازل اولیه (d_۱) و قطر بخش مساحت ثابت محفظه اختلاط (d_۳) اجکتور را مشخص می‌سازد. برای حصول طول‌های اجکتور ( طول بخش همگرای نازل اولیه، طول بخش واگرای نازل اولیه، فاصله خروجی نازل اولیه تا بخش مساحت ثابت محفظه اختلاط (NXP)، طول محفظه اختلاط و طول دیفیوزر)، از مدل‌سازی عددی و حل میدان (CFD) جریان سیال و معادلات گاز واقعی (معادلات انرژی آزاد هلموتز) استفاده شد. با استفاده از نتایج حاصله از بهینه‌سازی و مدل‌سازی عددی(CFD)، عملکرد صحیح اجکتور ( چوک شدن جریان در گلوگاه نازل اولیه و ایجاد شوک در محفظه اختلاط)، کنترل گردید.
در ادامه یک سیکل ترکیبی تبرید تراکمی-اجکتوری نوآورانه ارائه گردید. این سیکل تبرید ترکیبی از سیکل تبرید با اجکتور بخار-بخار با انرژی ورودی حرارتی و سیکل تبرید با اجکتوری مایع-بخار با انرژی ورودی الکتریکی (در کمپرسور) تشکیل شده است. مدلسازی انرژی، اگزرژی، زیست محیطی و اقتصادی این سیکل انجام شد. پنچ پارامتر طراحی سیکل، دمای ژنراتور، کندانسور، خنک‌کن میانی، اواپراتور و اختلاف دمای خنک­کن میانی می­باشند که شرایط کاری سیستم را تعیین می­کنند. برای بدست آوردن مقادیر بهینه پارامترهای طراحی، از بهینه‌سازیدو هدفه استفاده شد که راندمان اگزرژی وهزینه کلی سالیانه به عنوان توابع هدف در نظر گرفته شدند. مبردهای R۶۰۰a، R۶۰۱a و R۱۲۳۳zd(E) برای سیکل تبرید با اجکتور بخار-بخار و مبردهای R۱۲۳۴ze(E)، R۱۲۳۴yf، R۱۵۲a و R۲۹۰ برای سیکل تبرید با اجکتوری مایع-بخار ، ۱۲ترکیب مختلف مبردها را حاصل نمودند که در بهینه­سازی با مقایسه جبهه­ پارتوی آنها، مبرد R۶۰۰a برای سیکل VVERو مبرد R۱۵۲a برای سیکل LVER انتخاب شدند.
در انتها سیستم تولید همزمان توان، سرمایش و گرمایش که ترکیبی از موتورگاز، سیکل ارگانیک رانکین و سیکل تبرید اجکتوری جدیدی است، ارائه گردید. نتایج در فصل ۴ به تفصیل بحث شده­است.
واژه‌های کلیدی: سیکل ارگانیک رانکین، سیکل تبرید اجکتوری، مدل­سازی اجکتور، موتورگازسوز، انتخاب سیال کاری، بهینه­سازی دوهدفه، تلفات اگزرژی، سودسالیانه نسبی