23164

مدل‌سازي و بهينه‌سازي سيكل تبريد تركيبي اجكتوري-كمپرسوري

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

96-99

1399/8/28

دكتر سپهر صنايع

مكانيك

تحولات صنايع، رشد و ارتقاي سطح زندگي موجب افزايش تقاضا براي مصرف انرژي شده است كه اين امر باعث كمبود انرژي، قيمت‌هاي بالاتر و همچنين مشكلات زيست‌محيطي شده است .استفاده از سيستم‌هاي تبريد و تهويه مطبوع در جوامع امروزي باعث افزايش تقاضا براي توليد برق مي‌گردد. از اين‌رو استفاده كارآمد از انرژي و توجه به مباحث اقتصادي در دستور كار پژوهشگران قرار گرفته است. در اين پژوهش سيكل تبريد تركيبي اجكتوري-كمپرسوري برگزيده شده است. در اين سيكل از اجكتور دو فاز استفاده شده است تا مصرف انرژي الكتريكي گران قيمت را در سيكل تبريد تراكمي كاهش دهد و باعث افزايش عملكرد سيكل شود. در اين پژوهش يك سيستم تبريد تركيبي اجكتوري (VVER-LVER) با استفاده از قوانين پايستگي و جرم مدل‌سازي شده است. در اين سيستم يك سيكل تبريد اجكتوري بخار-بخار با انرژي ورودي حرارتي و يك سيكل تبريد اجكتوري دو فاز مايع-بخار با انرژي ورودي الكتريكي با يكديگر تركيب شده‌اند. سيكل تركيبي مورد نظر از ديدگاه انرژي، اگزرژي و اقتصادي مدل‌سازي و بررسي شده است. در اين مدل‌سازي از مبرد R600a براي سيكل تبريد اجكتوري بخار-بخار و مبرد R152a براي سيكل تبريد اجكتوري مايع-بخار استفاده شده است كه اين مبردها سازگار با محيط‌زيست مي‌باشند. پنج پارامتر طراحي از جمله دماي ژنراتور، دماي كندانسور، دماي مبدل مياني، اختلاف دماي مبدل مياني و دماي اواپراتور براي سيكل تعريف شده است و با كمك تحليل پارامتريك تأثير هر يك از پارامترهاي طراحي بر سيكل بررسي شده است. براي بررسي عملكرد فني و اقتصادي سيكل از بهينه‌سازي دو هدفه استفاده شده است با استفاده از الگوريتم ژنتيك، جبهه پارتو مورد نظر تشكيل و بهترين پاسخ براي توابع هدف بيشينه كردن راندمان اگزرژي و كمينه كردن هزينه كل ساليانه انتخاب شده است. در اين پژوهش اجكتور دو فاز مايع-بخار با سطح مقطع ثابت با هدف بررسي عملكرد آن مدل‌سازي شده است و روش طراحي و به دست آوردن ابعاد كامل اجكتور دو فاز با توجه به شرايط كاركرد در سيكل ارائه شده است. در نهايت با كمك CFD اجكتور دو فاز مدل‌سازي شده و الگوي جريان داخل اجكتور مورد بررسي قرار مي‌گيرد تا عملكرد اجكتور دو فاز بررسي شود. با توجه به بهينه‌سازي دو هدفه براي ظرفيت سرمايش 5 كيلو وات ، راندمان اگزرژي %5/25 ، هزينه كل ساليانه 61/1011 دلار و COP 4/0 است كه نسبت به سيكل تبريد تركيبي اجكتوري تراكمي (VVER-VCR) راندمان اگزرژي 12% افزايش ، هزينه‌ي كل ساليانه 19% كاهش و COP 11% افزايش داشته است.

1399/11/20

Modeling and Optimization of the Compressor-Ejector Compound Refrigeration Cycle

11/19/2021 12:00:00 AM

Industrial developments and enhancement of living have given rise to increasing demand for energy which leads to energy shortages, higher prices, as well as environmental problems.The use of refrigeration and air conditioning systems in the modern societies has also led to the growth of power generation. Therefore, efficient use of energy and consideration of economic issues have already put on the agenda of researchers. In the present study, the compression–ejector refrigeration cycle was investigated. In this cycle, a two-phase ejector is used to mitigate the consumption of costly electrical power in the compression refrigeration cycle and improve the efficiency of the cycle. In the present study, an ejector-based hybrid refrigeration system (VVER-LVER) is modeled using energy conservation and mass rules. In this system, a vapor-vapor ejector refrigeration cycle with thermal input is coupled with a two-phase liquid-vapor ejector refrigeration cycle with electrical input. The hybrid cycle is modeled and subjected to energy, exergy and economics investigations. In this modeling, R600a and R152a refrigerants which happen to be environmental friendly have been used for vapor-vapor ejector refrigeration cycle and Liquid-vapor ejector refrigeration cycle, respectively. Five design parameters including generator temperature, condenser temperature, intermediate converter temperature, middle heat exchanger as well as evaporator- middle heat exchanger temperature difference were defined for the cycle and parametric analysis was used to investigate the effect of each design parameter on the cycle. Two-objective optimization was used to evaluate the technical and economic performance of the cycle. Genetic algorithm was used to develop the Pareto front and then the best solution was selected to maximize the exergy efficiency and minimize the total annual cost. In the present study, a two-phase liquid-vapor ejector with constant cross-section was modeled in order to check the performance of the cycle. The liquid-vapor ejector design method and the procedure of obtaining full dimensions of the ejector with respect to operating conditions of the cycle have been presented. Finally, (CFD) was used to model the liquid-vapor ejector and check the flow pattern within the ejector in an attempt to evaluate the performance of the liquid-vapor ejector. According to the results of two-purpose optimization for 5kw cooling capacity the cycle’s exergy efficiency is 25.5%, total annual cost is $1,011.61 and COP is 0.4 .Comparison of compression–ejector refrigeration cycle (VVER_VCR) the exergy efficiency increased by 12%, the total annual cost decreased by 19% and the COP increased by 11%.

سيكل تبريد تركيبي اجكتوري-كمپرسوري , بهينه‌سازي دو هدفه , ديناميك سيالات محاسباتي , مدل‌سازي اجكتور دو فاز مايع-بخار

Ejector-compression hybrid refrigeration cycle , two- objective optimization , CFD , liquid-vapor ejector modeling