مجله مهندسی مکانیک

مجله مهندسی مکانیک

ارائه یک پیکربندی نوین برای تولید همزمان انرژی حرارتی، برودتی و الکتریکی با استفاده از تلفیق چرخه اجکتوری و پمپ حرارتی

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران
2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران
3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل
چکیده
در این پژوهش، یک پیکربندی نوین برای تولید همزمان برق، گرمایش و سرمایش ارائه شده است که در آن چرخه رانکین آلی، پمپ حرارتی و سامانه تبرید اجکتوری را به ‌صورت یکپارچه و با بهره گیری از سیالات کاری ترکیبی مهندسی ‌شده ادغام می کند. این ساختار برخلاف مطالعات پیشین که تنها به بهبود یک زیرچرخه محدود بوده ‌اند، امکان استفاده همزمان از منابع حرارتی دما پایین برای سه خروجی انرژی را فراهم می کند. عملکرد سیستم با استفاده از تحلیل‌ های انرژی و اگزرژی و شبیه‌ سازی عددی ارزیابی شد. نتایج نشان داد که بازده اگزرژی کل سیستم 42% است و بیشترین تخریب اگزرژی به ترتیب در هیتر و ژنراتور رخ می دهد، در حالیکه جدا کننده و مخلوط‌ کن کمترین سهم را دارند. تحلیل پارامترهای مؤثر نشان داد نرخ دبی جرمی جریان ثانویه از متغیرهای کلیدی در اجکتور بوده و افزایش دمای سوپرهیت ضمن بهبود COP چرخه تبرید، اثر محدودی بر توان خالص خروجی دارد. برای تعیین شرایط عملیاتی بهینه، الگوریتم ژنتیک به کار گرفته شد و مشخص شد که تنظیم همزمان نسبت فشار توربین، اختلاف دمای پینچ و دمای ژنراتور می تواند بازده انرژی، بازده اگزرژی و هزینه واحد تولید را به ‌طور قابل ‌توجهی بهبود دهد. نتایج به دست ‌آمده نشان ‌دهنده برتری ساختار ترکیبی پیشنهادی نسبت به چرخه‌ های منفرد رایج و پتانسیل بالای آن برای بهره‌ برداری از انرژی ‌های دما پایین است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] A. Soroureddin, A.S. Mehr, S.M.S. Mahmoudi, and M Yari, "Thermodynamic Analysis of Employing Ejector and Organic Rankine Cycles for Gt-Mhr Waste Heat Utilization: A Comparative Study", Energy Conversion and Management, vol. 67, pp. 125-37, (2013/03/01/ 2013),
https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.enconman.2012.11.015.
   
[2] S. M. Sapuan, M. A. Maleque, M. Hameedullah, M. N. Suddin, and N. Ismail, "A Note on the Conceptual Design of Polymeric Composite Automotive Bumper System," Journal of Materials Processing Technology, vol. 159, no. 2, pp. 145-151, 2005/01/30/ 2005, https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2004.01.063.
 
[3] A.S. Siddiqui, et al., Distributed Energy Resources Customer Adoption Modeling with Combined Heat and Power Applications. 2003,
https://escholarship.org/uc/item/874851f9
 
[4] A. Bedi, et al., Empowering Net Zero Energy Grids: A Comprehensive Review of Virtual Power Plants, Challenges, Applications, and Blockchain Integration, Discover Applied Sciences, vol. 7(4), pp. 1-22, 2025,
https://link.springer.com/article/10.1007/s42452-025-06691-1
 
[5] J., Li, et al., Energy and Environment Analysis of R1234yf/R245fa Cascade Air Source Heat Pump System with Double Ejectors, Energy Conversion and Management, vol. 325, pp. 119404, 2025, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.119404
 
[6] M. Yari, S.M.S. Mahmoudi, "Utilization of Waste Heat from Gt-Mhr for Power Generation in Organic Rankine Cycles", Applied Thermal Engineering 30, no. 4, pp. 366-75, (2010/03/01/ 2010), https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2009.09.017.
 
[7] B. Hedman, and T. Kaarsberg, Combined heat and power (CHP), Distributed Generation: The Power Paradigm for the New Millennium; Borbely, AM, Kreider, JF, Eds: p. 271-294. 2001, https://doi.org/10.1201/9781420042399
 
[8] D.W. Wu, R.Z. Wang, "Combined Cooling, Heating and Power: A Review." Progress in Energy and Combustion Science, 32, no. 5, 459-95, (2006/09/01/ 2006), https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.pecs.2006.02.001.
 
[9] H. Ghaebi, M.H. Saidi, and P. Ahmadi, "Exergoeconomic Optimization of a Trigeneration System for Heating, Cooling and Power Production Purpose Based on Trr Method and using Evolutionary Algorithm." Applied Thermal Engineering, vol. 36  pp. 113-25, (2012/04/01/ 2012): https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.11.069.
 
[10] I. Dincer, and C. Zamfirescu, Renewableenergybased Multigeneration Systems, International Journal of Energy Research, vol. 36, no. 15, pp. 1403-1415, 2012, https://doi.org/10.1002/er.2882.
 
[11] P. Ahmadi, I. Dincer, and M.A. Rosen, Development and Assessment of an Integrated Biomass-based Multi-generation Energy System, Energy, vol. 56, pp. 155-16, 2013, https://scholar.google.com/scholar?hl=en&as_sdt=0%2C5&q
 
 
[12] Mohammadkhani, F., N. Shokati, S. M. S. Mahmoudi, M. Yari, and M. A. Rosen", Exergoeconomic Assessment and Parametric Study of a Gas Turbine-Modular Helium Reactor Combined with Two Organic Rankine Cycles." Energy, vol. 65  pp. 533-43, (2014/02/01/ 2014), https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.11.002.
 
[13] I. Dincer, and M.A. Rosen, Exergy as a Driver for Achieving Sustainability, International Journal of Green Energy, vol. 1. pp. 1-19. 2004, https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1081/GE-120027881
 
[14] J. Liu, et al., Energy and Exergy Analysis of Various Ejector-assisted Two-stage Compression Heat Pumps Applied in Various Conditions, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, vol. 149, no. 8, pp. 3331-3345, 2024, https://doi.org/10.1007/s10973-024-12908-z.
 
[15] Y. Gao, and W. Yang, Performance Analysis of a Heat Pump Coupled Humidification-Dehumidification Ddesalination System with a large Temperature Difference using an Ejector, Applied Thermal Engineering, vol. 271, pp. 126302, 2025, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.126302    
 
[16] J. Lin, et al., Research on the Operation and Failure Characteristics of Ejectors in Large Temperature Drop Ejector Heat Pump Heating Systems, Applied Thermal Engineering, vol. 273, pp. 126592, 2025,
[17] A.M. Al-Ibrahim, and A. Varnham "A Review of Inlet Air-cooling Technologies for Enhancing the Performance of Combustion Turbines in Saudi Arabia", Applied Thermal Engineering, vol. 30, no. 14, 1879-88, (2010/10/01/ 2010), https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2010.04.025.
 
[18] M. Feili, H. Ghaebi, T. Parikhani, and H Rostamzadeh, "Exergoeconomic Analysis and Optimization of a New Combined Power and Freshwater System Driven by Waste Heat of a Marine Diesel Engine", Thermal Science and Engineering Progress, vol. 18, pp. 100513, (2020/08/01/ 2020), https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.tsep.2020.100513.
 
 [19] B.J. Huang, J.M. Chang, C.P. Wang, V.A. Petrenko, "A 1-D Analysis of Ejector Performance", International Journal of Refrigeration, vol. 22, no. 5  354-64, (1999/08/01/ 1999), https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S0140-7007(99)00004-3.
 
 [20] W. Pridasawas, P. Lundqvist, "A Year-round Dynamic Simulation of a Solar-driven Ejector Refrigeration System with Iso-Butane as a Refrigerant", International Journal of Refrigeration, vol. 30, no. 5, pp. 840-50, (2007/08/01/ 2007), https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2006.11.012
 
[21] B.J. Huang, J.M. Chang, C.P. Wang, and V.A. Petrenko, "A 1-D Analysis of Ejector Performance", International Journal of Refrigeration, vol. 22, no. 5, pp.  354-64, (1999/08/01/ 1999), https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S0140-7007(99)00004-3.
 
دوره 34، شماره 6 - شماره پیاپی 165
بهمن و اسفند 1404
صفحه 57-71

  • تاریخ دریافت 27 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 13 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 04 اسفند 1404