تحلیل اگزرژی سیکل ترکیبی موتور hcci و تبرید اجکتوری
چکیده
در کار حاضر، تحلیل اگزرژی – اقتصادی و بهینه سازی دو هدفه چرخه ترکیبی موتور hcci و سیکل تبرید اجکتوری، انجام گرفته شده است.برای بررسی ترمودینامیکی چرخه تبرید اجکتوری یک مدل دو بعدی برای پیش بینی عملکرد اجکتور توسعه داده شده است. نتایج مدل با نتایج آزمایشگاهی موجود در ادبیات فن مقایسه شده و تا حدود زیادی پیش بینی عملکرد اجکتور بهبود داده شده است.این مدل قادر است در شرایط مختلف نسبت مکش و مساحت اجکتور را ، که نمایانگر هندسه اجکتور است، محاسبه کند. شبیه سازی اجکتور بر اساس مدل گاز ایده آل و روش اختلاط در فشار ثابت انجام گرفته است. در این مدل بازده بخش های مختلف اجکتور ، تلفات ناشی از اختلاط دو جریان به واسطه ویسکوزبودن سیال و اصطکاک دیواره در بخش سطح مقطع ثابت در نظر گرفته شده است. ازطرفی در طی دو دهه اخیر احتراق از نوع اشتعال تراکمی مخلوط همگن (hcci)، خود را به عنوان تکنیک شناخته شده و کاربردی برای انواع مختلف موتور های احتراق داخلی چه از نوع ساکن و چه از نوع متحرک نشان داده است. این نوع موتورها به دلیل داشتن مزیت هایی همچون هزینه کم، بازده تبدیل انرژی بالا، میزان پایین نشر آلاینده ها ، انعطاف پذیری دمای کارکرد و انعطاف پذیری در انتخاب نوع سوخت گزینه ای جدید برای سیکل های تولید توان ویا تبرید هستند. hcci به صورت فرایندی تعریف می شود که در آن مخلوط همگن سوخت و هوا، رقیق شده با هوا و محصولات احتراق، تحت شرایط مذکور متراکم شده و خود اشتعالی در انتهای کورس تراکم صورت می گیرد و به دنبال آن فرایند احتراق به وقوع می پیوندد. با توجه به اینکه موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن به دلیل مزایای ذکر شده، اخیرا مورد توجه محققین قرار گرفته است، استفاده از حرارت اتلافی گازهای خروجی موتور به عنوان منبع حرارتی چرخه تولید تبرید ، می تواند سیستمی کارا جهت تولید برودت ایجاد کند. و جهت انجام این کار، موتور اشتعال تراکمی مخلوط همگن که نوع جدیدی از موتورهای احتراق داخلی می باشد با سیکل تبرید اجکتوری ترکیب شده است. در کار حاضر جهت مدل سازی ترمودینامیکی موتور hcci از مدل احتراقی تک منطقه ای با سنتیک شیمیایی مفصل استفاده شده است که مدل آن به زبان فرترن توسعه یافته است و همچنین جهت مدل سازی ترمودینامیکی اجزای مختلف چرخه پایین دستی از نرم افزار matlab استفاده شده است. در نهایت بهینه سازی دو هدفه چرخه تبرید اجکتوری بر اساس بازده اگزرژی و هزینه نهایی تولید محصول به عنوان توابع هدف ، با استفاده از الگوریتم ژنتیک صورت گرفته است. نتایج حاصل از بررسی ترمو دینامیکی و اگزرژی اقتصادی چرخه تبرید اجکتوری، نشان می دهد که عملکرد چرخه به شدت متاثر از دمای کارکردی ژنراتور، اواپرراتور و کندانسور می باشد. به طوریکه با افزایش دمای اواپراتور هزینه واحد تولید محصول پیوسته افزایش می یابد و افزایش ظرفیت تبرید را نیز به دنبال دارد . همچنین از دیدگاه قانون دوم ترمودینامیک دما های بالای ژنراتور تاثیر مثبتی برعملکرد چرخه دارد. همچنین دمای کاری چگالنده (پس فشار اجکتور)خود را به عنوان پارامتر بسیار حساس در روند عملکرد اجکتور و چرخه تبرید اجکتوری معرفی می کند، به طوریکه با افزایش آن عملکرد چرخه از دیدگاه قانون اول و همچنین بازده اگزرژی چرخه بسیار افت پیدا می کند، البته کاهش هزینه نهایی تولید محصول (تبرید) را نیز به دنبال دارد. شایان ذکر است که هر چقدر چگالنده در دما های پایین تری کار کند، اجکتور کارایی بهتری از خود نشان می دهد و باعث بهبود عملکرد سیستم می گردد. در پایان نتایج حاصل از بهینه سازی نشان می دهند که در دمای ژنراتور5/94 درجه سلسیوس ،دمای کندانسور 4/33 درجه سلسیوس و دمای اواپراتور03/0 درجه سلسیوس چرخه تبرید اجکتوری از نظر بازده اگزرژی و هزینه نهایی تولید محصول(تبرید) در حالت بهینه قرار دارد.