16351

16351

مدل سازي و بهينه سازي سيستم تهويه با مبرد هوا براي سيستم حمل ونقل ريلي

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

دي ماه 1394

مكانيك

چكيده استفاده از هوا به‌عنوان مبرد در سيستم‌هاي سرمايشي به علت اثر كم سردكنندگي حجمي آن ممكن است منجر به يك كمپرسور بزرگ شود و مصرف انرژي زياد در توليد سرمايش را به دنبال داشته باشد. سيستم‌هاي تهويه مطبوع (معمول) قطار به‌عنوان يكي از منتشركننده‌هاي گازهاي گلخانه‌اي مورد توجه هستند. سيستم‌هاي تهويه با مبرد هوا كه حتي داراي مقدار كمي نشتي هوا هستند، بي‌خطر بوده و مي توانند به‌طور خودكار توسط يك كمپرسور كوچك، هوا را بازگرداني كنند. هدف اصلي اين پژوهش مدل سازي وبهينه سازي سيستم تهويه با مبرد هوا براي قطارهاي سرعت بالا مي باشد كه درواقع با نشان دادن چگونگي تأثيرپذيري عملكرد سيكل تبريد برآيتون از نسبت فشار و راندمان مكانيكي و حرارتي اجزاي مختلف آن بررسي مي شود . در سيستم سرمايشي مورد مطالعه هواي برگشتي كابين قطار با هواي تازه وارده به چرخه, مخلوط شده و بعد از ورود به كمپرسور فشرده گرديده و سپس به وسيله مبدل حرارتي خنك كننده سرد مي شود. هواي خروجي از مرحله قبل وارد مبدل حرارتي بازياب كننده مي شود (با هدف بهره گيري بيشترازهواي برگشتي) وپس از انبساط توسط اكسپندر و حذف قطرات آب اضافي هوا توسط دستگاه جداكننده وارد فضاي كابين مي شود. تغيرات در مشخصات هر يك از تجهيزات روي بازدهي نهايي سيستم موثر است . در اين پژوهش پس از مدل سازي با بهينه‌سازي متغيرهاي طراحي بيشترين مقادير دو تابع هدف ( COP و انرژي سرمايشي توليد شده بر واحد هزينه‌ها) مشخص مي‌گردند. با مدل‌سازي و استفاده از الگوريتم بهينه‌سازي دو هدفه NSGA-II بهترين مقادير فني و اقتصادي در نسبت فشار 11/2 و مقادير ضريب عملكرد و راندمان تجهيزات حدود %85-%90 بدست آمده و ضريب عملكرد COP برابر با 52/1 و تابع مقدار سرمايش بر هزينه سالانه 7/15 كيلو وات ساعت بر دلار محاسبه گرديد. تجزيه وتحليل حساسيت نتايج بهينه شده نسبت به تغيرات دماي محيط و ظرفيت سرمايش مورد كاوش قرار گرفت كه نتايج حاصله حاكي از كاهش COP با افزايش دماي محيط و يا افزايش ظرفيت سرمايشي است و همچنين كاهش دما ويا كاهش ظرفيت منجر به افزايش COP مي شود. واژه‌هاي كليدي: سيكل تبريد هوايي معكوس برايتون، سيستم سرمايش قطار، بهينه‌سازي چند هدفه، نسبت فشار

1395/11/02

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Using air as a refrigerant in cooling systems due to the low cooling effect of volume it may lead to a large compressor an​d high energy consumption in the production of cooling to be followed.Trains’air conditioning systems, typical, are considered as emitters of greenhouse gases. Air refrigerant air conditioners, even with a small amount of air leakage, are safe an​d can automatically recover the leaked air by a small compressor. The main objective of this research is modeling an​d optimization of the air conditioning system with air refrigerant for high speed trains, that in fact by showing how to influence performance from Brayton refrigeration cycle pressure ratio an​d efficiency of its mechanical an​d thermal components checked. Modeling was done in the train cabin, return air with fresh air coming in mixed cycle an​d after entering the compressor is compressed an​d then cooled by the cooling heat exchanger. Exhaust air from the previous stage enters the regenerator heat exchanger, with the aim of benefiting more from the return air, an​d after expansion by expander an​d Remove excess water droplets from the air by the removal of water entered the cabin space. changes in the specifications of each component of system is effective in the final performance an​d In this research after modeling the highest objective function, COP an​d Cooling energy produced per unit cost, are determined by optimizing the values of design variables. By modeling an​d optimization bi-objective algorithm NSGA-II the best technical an​d economic values obtained in pressure ratio 2.11 an​d Equipment performance an​d efficiency coefficient obtained 85%-90% an​d coefficient of performance, COP, an​d Annual cost of cooling function 15.7 kWhours per dollar was calculated. Analysis of the sensitivity of results to changes in ambient temperature an​d optimized cooling capacity have been explored that the results suggest COP decreased with increasing ambient temperature o​r increase the cooling capacity Also, the increase of COP is caused by reducing the ambient temperature o​r decrease the capacity of system. Keywords: Reverse Brayton air cycle refrigeration, Train cooling system, Multi-objective optimization, an​d pressure ratio