طراحی حرارتی مبدل بهبود دهنده پوسته لوله چرخه دی اکسید کربن فوق بحرانی

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان

3 دانشجوی کارشناسی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان

چکیده

امروزه با توجه به محدودیت منابع طبیعی و بالارفتن تقاضای انرژی، استفاده از سیکل های نوین از جمله سیکل دی اکسیدکربن فوق بحراتی با بازده ترمودینامیکی و اقتصادی بالا، جهت تولید انرژی مد نظر قرار گرفته است. در این پژوهش، طراحی حرارتی مبدل بهبود دهنده در دو حالت سیکل ریکوپراتور و سیکل اسپلیت با استفاده از روابط و محاسبات دستی انجام و با نتایج حاصل از طراحی در نرم افزارهای HTRI و EDR مقایسه شده است. در این طراحی ها، هم لوله های سایز بزرگ و هم میکرولوله بکار رفته اند. نتایج نشان می دهد که تعداد لوله های مبدل سیکل ریکوپراتور با سایز بزرگ برابر1840 لوله با قطر 05/19 میلیمتر می باشد، درحالیکه همین طراحی با میکرولوله برابر  لوله با قطر 35/6 میلیمتر خواهد بود. در سیکل اسپلیت که دبی سیال سرد سمت لوله، 35 درصد سیکل ریکوپراتور است، تعداد لوله های سایز بزرگ برابر 3267 لوله و طراحی با میکرولوله برابر 11679 لوله می­باشد. بنابراین طراحی مبدل های حرارتی جدیدی با میکرولوله ارائه شده که بطور معمول در صنعت از آن استفاده نمی شود ولی برای سیال دی اکسیدکربن فوق بحرانی تحت مطالعه و بررسی پژوهشگران است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] C. Y. Yong, M. T. Hajibeigy, C. A. Vaithilingam, and R. G. Walvekar, "Characteristics Study of Photovoltaic Thermal System with Emphasis on Energy Efficiency," in MATEC Web of Conferences, 2018, vol. 152, p. 01003: EDP Sciences, https://doi.org/10.1051/matecconf/201815201003.
 
[2] J. Xu et al., "Perspective of S−CO2 power cycles," Energy, vol. 186, p. 115831, 2019, https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.07.161.
 
[3] J. M. Chenoweth, "Final report of the HTRI/TEMA joint committee to review the fouling section of the TEMA standards," Heat Transfer Engineering, vol. 11, no. 1, pp. 73-107, 1990.
 
[4] J. Yang, A. Fan, W. Liu, and A. M. Jacobi, "Optimization of shell-and-tube heat exchangers conforming to TEMA standards with designs motivated by constructal theory," Energy conversion and management, vol. 78, pp. 468-476, 2014, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2013.11.008.
 
[5] A. C. Caputo, A. Federici, P. M. Pelagagge, and P. Salini, "On the design of shell-and-tube heat exchangers under uncertain operating conditions," Applied Thermal Engineering, vol. 212, p. 118541, 2022, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118541.
 
[6] W. Faes, J. Van Bael, S. Lecompte, K. Verbeken, and M. De Paepe, "Optimization of heat exchanger design taking corrosion into account," Thermal Science and Engineering Progress, vol. 30, p. 101277, 2022, https://doi.org/10.1016/j.tsep.2022.101277.
 
[7] A. C. Caputo, A. Federici, P. M. Pelagagge, and P. Salini, "On the selection of design methodology for shell-and-tube heat exchangers optimization problems," Thermal Science and Engineering Progress, vol. 34, p. 101384, 2022, https://doi.org/10.1016/j.tsep.2022.101384.
 
[8] M. Ahmadi and S. Zirak, "Optimizing the efficiency of supercritical carbon dioxide power generation cycle with energy analysis", (in Persian), presented at the The 7th International Conference on Knowledge and Technology of Electrical, Computer and Mechanical Engineering of Iran, 2022. Available: https://civilica.com/doc/1650065.
 
[9] Y. M. Kim, J. L. Sohn, and E. S. Yoon, "Supercritical CO2 Rankine cycles for waste heat recovery from gas turbine," Energy, vol. 118, pp. 893-905, 2017, https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.10.106.
 
[10]         D. Thanganadar, F. Asfand, and K. Patchigolla, "Thermal performance and economic analysis of supercritical Carbon Dioxide cycles in combined cycle power plant," Applied Energy, vol. 255, p. 113836, 2019, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113836.
 
[11]         J. F. Richardson, Coulson and Richardson’s chemical engineering. 2002.
 
[12]         T. L. Bergman, A. S. Lavine, F. P. Incropera, and D. P. DeWitt, Introduction to heat transfer. John Wiley & Sons, 2011.
 
[13]         A. R. Rahmati, S. Zirak, and N. Nazari, "MSTHE heat exchanger design for a 10 megawatt carbon dioxide supercritical cycle recuperator", (in Persian), presented at the The 30th annual international conference of the Iranian Society of Mechanical Engineers, 2022. Available: https://civilica.com/doc/1468658.