• شماره ركورد
    27732
  • پديد آورنده

    علي اكبر مهدوي

  • عنوان
    آناليز اگزرژي-ردپاي كربني و بهسازي چندهدفه سيكل آلي رانكين جهت بازيافت انرژي اتلافي موتور احتراق داخلي منتخب شرايط عملكردي خودرو
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك- مهندسي خودرو - قواي محركه خودرو
  • سال تحصيل
    1398
  • تاريخ دفاع
    1401/7/30
  • استاد راهنما
    امير حسن كاكايي - بهروز مشهدي
  • دانشكده
    مهندسي خودرو
  • چكيده
    حدود يك سوم انرژي سوخت در موتور¬هاي درون‌سوز از طريق گازهاي خروجي اتلاف مي¬شود و فقط حدود يك سوم آن به كار مفيد تبديل مي¬شود. توسعه سيكل‌هاي آلي رانكين براي كاربرد خودرويي جهت بازيافت حرارت اتلافي موتور، به دليل شرايط گذرا، پروفيل عملكردي متغير، بازدهي پايين، هزينه و محدوديت فضا با چالش مواجه مي‌باشد. در اين كار، با هدف بهره‌برداري بيشينه از حرارت اتلافي و كمينه‌سازي انتشار كربن‌دي‌اكسيد متناسب با محدوديت‌هاي بازيافت، به بررسي عملكرد سيكل آلي رانكين پرداخته شد. در ابتدا جهت تعيين نقطه طراحي سيكل و شرايط مرزي، قواي محركه موتور پايه در محيط نرم‌افزار GT-Power شبيه‌سازي گرديد. سيكل آلي رانكين در نقطه طراحي و شرايط مرزي اوليه در محيط نرم‌افزار EES مدلسازي شد. پس از بررسي شرايط كاركردي سيكل، سيستم بازيافت حرارتي در محيط نرم‌افزار MATLAB مدلسازي شده و ظرفيت و نقاط عملكردي اجزاي سيكل تعيين گرديد. در ادامه سيستم بازيافت حرارتي در شرايط مختلف عملكردي موتور و سيكل رانندگي مبنا، از منظر انرژي، اگزرژي و ردپاي كربني مورد ارزيابي قرار گرفت. در انتها بهسازي چند هدفه با تحليل حساسيت نسبت به سطوح تبادل حرارت مبدل‌هاي حرارتي انجام گرفت. نتايج نشان داد در بار ثابت موتور، سيال خنك‌كننده در دور پايين موتور و گازهاي خروجي در دور بالاتر موتور از منظر اگزرژي جهت بهره‌برداري مناسب مي‌باشند. بيشترين سهم تخريب اگزرژي كل به ترتيب مرتبط با اواپراتور، توربين، كندانسور و پمپ مي‌باشد. در بهترين حالت بازده اگزرژي كل به مقدار حدود 22% مي‌رسد. با توجه به آناليز ردپاي كربني، كاهش نرخ هزينه كربن براي اجزاء پمپ و اواپراتور الزامي شمرده شد. در فاز برون‌شهري سيكل رانندگي بيشترين توان خروجي سيكل معادل kW 3 بدست آمد. ميانگين بازده حرارتي در فاز درون شهري و برون‌شهري به حدود يكسان %13 حاصل شده و بازده اگزرژي نيز در بيشترين مقدار به %53/25 رسيد. در فاز درون‌شهري و برون‌شهري بيشترين افت فشار گازهاي خروجي به ترتيب به حدود kPa 8/0 و kPa 5/2 محدود شد. با توجه به تحليل حسياسيت، سطوح تبادل حرارت در نظر گرفته شده براي اهدافي نظير توان خروجي سيكل، بازده انرژي، افت فشار مجاز و توليد كربن‌دي‌اكسيد بازه بهينه بدست آمد.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1401/10/30
  • عنوان به انگليسي
    Exergy-carbon footprint analysis and multi-objective optimization of organic Rankine cycle for waste heat recovery of internal combustion engine under vehicle operating condition
  • تاريخ بهره برداري
    10/22/2023 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    علي اكبر مهدوي

  • چكيده به لاتين
    About one third of fuel energy in internal combustion engines is wasted through exhaust gases and only about one third of fuel energy is converted into useful work. The development of organic Rankine cycles for the vehicle application in order to recover the waste heat energy of the engine are challenged by transient conditions, variable operating profiles, low efficiency, cost and limited space. This work investigated the performance of organic Rankine cycle with the aim of maximum utilization of the wasted heat and minimization of carbon dioxide emission in accordance with recovery limits. At first, in order to determine the design point of the cycle and the boundary conditions, the base engine powertrain was simulated in the GT-Power software. The organic Rankine cycle was modeled at the design point and initial boundary conditions in the EES software. After eva‎luating the operational conditions of the cycle, the heat recovery system was modeled in the MATLAB software environment and the capacity and operational points of the cycle components were determined. At the end, multi-objective optimization was done with sensitivity analysis regarding the heat exchangers surface. The results showed that at a constant engine load, the cooling fluid at low engine speed, and the exhaust gases at high engine speed are suitable for utilization from the viewpoint of exergy. The most share of total exergy destruction is related to evaporator, turbine, condenser and pump respectively. In the best case, the total exergy efficiency reaches about 22%. According to the carbon footprint analysis, it was considered necessary to reduce the carbon cost rate for pump and evaporator components. Maximum output power in the extra-urban phase of the driving cycle, was obtained 3 kW. The average thermal and exergy efficiency in the urban and extra-urban phases was reached to 13% and 25.53% respectively in the highest value. In the urban and extra-urban phase, the maximum pressure drop of exhaust gases was limited to 0.8 kPa and 2.5 kPa, respectively. According to the sensitivity analysis, the considered heat exchange surfaces for purposes such as cycle output power, energy efficiency, allowable pressure drop and carbon dioxide production, the optimal range was obtained.
  • كليدواژه هاي فارسي
    سيكل آلي رانكين , حرارت اتلافي موتور , ردپاي كربني , آناليز اگزرژي , سيكل رانندگي
  • كليدواژه هاي لاتين
    organic rankine cycle , Waste Heat Recovery , Carbon footprint , Exergy Analysis , Driving cycle
  • Author
    Ali Akbar Mahdavi
  • SuperVisor
    Amir Hossein Kakaei