عنوان

تحلیل ترمودینامیکی یک سیستم تولید چندگانه بر پایه موتور اشتعال تراکمی با کنترل واکنش‌پذیری (RCCI) تغذیه شده با سوخت دیزل/ گازهای حاصل از ریفورمر

Number

پ۲۹۰۴۲

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

تحلیل ترمودینامیکی یک سیستم تولید چندگانه بر پایه موتور اشتعال تراکمی با کنترل واکنش‌پذیری (RCCI) تغذیه شده با سوخت دیزل/ گازهای حاصل از ریفورمر

First Statement of Responsibility

آرمین عسگری

Name of Publisher, Distributor, etc.

مکانیک

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۴۰۲

Specific Material Designation and Extent of Item

۱۱۱ص.

Accompanying Material

سی دی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

مهندسي مکانیک تبدیل انرژی

Date of degree

۱۴۰۲/۰۳/۰۳

Text of Note

منابع سوخت‌های فسیلی بسیار محدود هستند و مخاطرات زیست‌محیطی بسیاری دارند به همین منظور یکی از تازه‌ترین روش‌هایی که در سال‌های اخیر موردتوجه قرار گرفته است، موتورهای با احتراق دمای پایین هستند که هم بازده را افزایش می‌دهند و هم آلایندگی کمتری ایجاد می‌کنند. در این پایان‌نامه از موتور احتراق تراکمی با کنترل واکنش‌پذیری استفاده شد. در این نوع موتورها از دو سوخت برای احتراق استفاده می‌شود، یک سوخت با واکنش‌پذیری بالا و سوخت دیگر با واکنش‌پذیری پایین. ابتدا سوخت با واکنش پذیری پایین همراه هوا وارد سیلندر شده و با بالا رفتن پیستون فشار سوخت و هوا با هم بالا می رود سپس در لحظه مورد نظر برای ایجاد احتراق سوخت با واکنش پذیری بالا توسط نازل به سیلندر تزریق می شود. برای سوخت با واکنش‌پذیری پایین از گازهای خروجی از فرایند ریفورمینگ متانول با بخار آب استفاده شد. در ریفورمینگ متانول با بخار آب هر دو وارد ریفورمر شده و گرفتن گرما از منبع خارجی هیدروژن و مونواکسید کربن تولید می کنند. ابتدا یک سیستم ریفورمینگ خورشیدی برای بررسی تأثیرات پارامترهای متفاوت بر روی سوخت سنتزی معرفی شد سپس ترکیب شیمیایی گازهای خروجی از ریفورمر برای دماهای ریفورمینگ 200℃، ℃225 و 250℃ و نسبت‌های مولی متانول به آب 8/0، 1 و 2/1 در فشارbar 7/1 محاسبه شد و در مجموع 9 سوخت با ترکیبات مجزا برای ورود به موتور به عنوان سوخت با واکنش‌پذیری پایین در نظر گرفته شد. شبیه‌سازی عددی با دینامیک سیالات محاسباتی توسط نرم افزار کانورج برای به دست آوردن نتایج حاصل از احتراق این سوخت‌ها با نسبت‌های جایگزینی %20، %40 و %60 انجام گرفت. بین سوخت‌های مطالعه شده، سوخت سنتزی با نسبت جایگزینی %60، دمای ریفورمینگ ℃200 و نسبت کربن به هیدروژن 2/1 به علت داشتن بازده اگزرژی %6/40، بازده حرارتی %9/46، شاخص پایداری 68/1 و شاخص تأثیر اگزرژی-زیست محیطی 47/1 و مقدار آلایندگی دوده 9-10×69/5 کیلوگرم بر ثانیه به عنوان سوخت اصلی برای مطالعات پارامتریک در سه آرایش از چرخه پیشنهادی انتخاب شد. سپس یک سیستم تولید چندگانه بر اساس استفاده از گرمای خروجی گازهای موتور تعریف شد. این سیستم شامل یک چرخه تولید توان دی‌اکسیدکربن فوق‌بحرانی، یک سیستم تبرید جذبی لیتیم برماید - آب و یک تأمین‌کننده آب گرم است. برای این سیستم سه آرایش متفاوت در تأمین انرژی مورد نیاز ریفورمر در نظر گرفته شد. در آرایش اول انرژی مورد نیاز ریفورمر از انرژی خورشیدی تأمین شد؛ در آرایش دوم انرژی مورد نیاز ریفورمر هم از گرمای گازهای خروجی و هم از انرژی خورشیدی تأمین شد؛ در آرایش سوم تمام انرژی مورد نیاز ریفورمر از گرمای گازهای خروجی موتور تأمین شد. هر جا که از انرژی خورشیدی استفاده شده است به صورت ترمودینامیکی از یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی با مواد تغییرفازدهنده شامل منبع مواد تغییر فاز دهنده و مبادله کن حرارتی برای کارکرد شبانه‌روزی سیستم استفاده شده است. تحلیل ترمودینامیکی و اقتصادی برای عملکرد سیستم برای هر سه آرایش متفاوت انجام شد. پس از تحلیل ترمودینامیکی و اقتصادی بهینه‌سازی دو هدفه با استفاده از الگوریتم ژنتیک برای بیشینه‌کردن بازده اگزرژی و کمینه کردن هزینه واحد تولید اگزرژی برای هر سه آرایش متفاوت سیستم انجام شد. نتایج بهینه‌سازی به دست آمده برای آرایش اول بازده اگزرژی %38 و هزینه واحد تولید اگزرژی $⁄GJ 02/52، برای آرایش دوم بازده اگزرژی %146/38 و هزینه واحد تولید اگزرژی $⁄GJ 89/53، برای آرایش سوم بازده اگزرژی %679/39 و هزینه واحد تولید اگزرژی $⁄GJ 52/37 بدست آمده است.در پایان تحلیل نرخ بازگشت سرمایه برای هر سه آرایش سیستم انجام شد و مشخص شد که هر سه آرایش سیستم با قیمت محصولات $⁄kWh 24/0 در پایان سال پنجم موفق به بازگشت سرمایه اولیه می‌شوند و سوددهی آرایش سوم در پایان 20 سال کارکرد سیستم با 93/2 میلیون دلار از بقیه بالاتر است.

Text of Note

Fossil fuel resources are becoming increasingly limited and pose significant environmental risks. In response to this, low-temperature combustion engines have recently garnered attention as a promising solution, as they offer both increased efficiency and reduced pollutant emissions.In this thesis, a reactive control compression ignition engine was employed, which utilizes two fuels with high and low reactivity for combustion. The low-reactivity fuel was derived from the output gases of the methanol reforming process with steam. Initially, a solar reforming system was introduced to investigate the effects of various parameters on synthetic fuel production. The reformer output gases were then calculated for reforming temperatures of 200℃, 225℃, and 250℃, and molar ratios of methanol to water of 0.8:1, 1:1, and 1.2:1 at a pressure of 1.7 bar, resulting in a total of nine separate fuels with distinct compositions for use in the engine as the low-reactivity fuel.Numerical simulation was conducted to obtain the results of combustion for these fuels, with substitution ratios of 20%, 40%, and 60%. Among the simulations performed, the synthetic fuel with a substitution ratio of 60%, a reforming temperature of 200℃, and a carbon-to-hydrogen ratio of 1.2 was chosen due to its exergy efficiency of 40.6%, thermal efficiency of 46.9%, stability index of 1.68, exergy-environmental impact index of 1.47, and smoke emission of 5.69×10-9 kg/s.A multi-generation system was then defined based on the use of the engine's exhaust gas heat. The system consisted of a supercritical carbon dioxide power generation cycle, a lithium bromide-water absorption refrigeration system, and a hot water supply. Three different configurations were considered for meeting the energy requirements of the reformer. In the first configuration, the energy required by the reformer was supplied by solar energy, while in the second configuration, the energy was supplied by a combination of both solar energy and engine exhaust gas. In the third configuration, the energy was supplied by the energy was supplied by the engine's exhaust gas. Also, the solar system consists of phase change storage material to operate at all time. The performance of the multi-generation systems was evaluated using thermodynamic and thermoeconomic assessments. Also, a multi-objective optimization was applied to maximize the exergy efficiency and minimize the total cost rate. The optimization results revealed that the first configuration represented a 38% exergy efficiency and 52.02 $/GJ total cost rate, the second configuration provided 38.14% exergy efficiency and 53.89 $/GJ, and the third configuration had an exergy efficiency and total cost rate of 39.68% and 37.52 $/GJ.Finally, the proposed multi-generation systems’ payback period and profitability indexes were estimated by considering the product sale cost of 0.24 $/kWh. In this way, all configurations had a payback period of 5 years, while the configuration represented a higher profit at 20 years lifetime.

Variant Title

Thermodynamic analysis of a multigeneration system based on Reactivity Control Compression Ignition (RCCI) engine fueled with diesel / reformed gas

Entry Element

‏‏ عسگری،

Part of Name Other than Entry Element

‏آرمین

Relator Code

تهیه کننده

Entry Element

‏یاری،

Entry Element

سید محمودی،

Part of Name Other than Entry Element

مرتضی

Part of Name Other than Entry Element

سید محمد

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Entry Element

‏ تبریز