استفاده از ارزش فعلی خالص به عنوان یک تابع هدف تنها برای بهینه‌سازی ترمو-اقتصادی رکوپراتور صفحه پره دار میکروتوربین

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران، تهران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران، تهران

چکیده

در این مقاله رکوپراتور یک میکروتوربین200 kW با در نظر گرفتن ارزش فعلی خالص به عنوان تابع هدف، با الگوریتم‌های ژنتیک و اجتماع ذرات بهینه‌سازی شده است. مبدل حرارتی صفحه پره‌دار با پره نواری و آرایش جریان‌های عمود و مخالف برای بهینه‌سازی انتخاب شده است. گام پره، ارتفاع پره، طول نوار، طول مسیر جریان رکوپراتور، ارتفاع و عرض رکوپراتور به عنوان شش پارامتر طراحی در نظر گرفته شده‌اند. برای بررسی اثر هر یک از متغیرهای طراحی بر تابع هدف، آنالیز حساسیت انجام شده است. نتایج بدست آمده از الگوریتم‌های ژنتیک و اجتماع ذرات با یکدیگر مقایسه شده‌اند. مقایسه‌ها نشان می‌دهد که الگوریتم بهینه‌سازی اجتماع ذرات از نظر حجم محاسبات و مقدار بهینه بدست آمده عملکرد بهتری دارد. با توجه به اینکه تابع هدف انتخاب شده در این مسئله تابعی از کارایی و هزینه کل رکوپراتور می‌باشد، نتایج بدست آمده از این تحقیق با نتایج بهینه‌سازی ترمو-اقتصادی مقایسه شده‌اند. مقایسه‌های صورت گرفته بر مبنای معیارهای ارزش فعلی خالص و بازده سیکل می‌باشند و بهتر بودن نتایج کار حاضر را از نظر فنی و اقتصادی نشان می‌دهند. نتایج نشان می‌دهند که ارزش فعلی خالص و بازده سیکل در کار حاضر حداکثر تا %11.54 و %11.69 افزایش یافته‌اند.

کلیدواژه‌ها


[1] Shah RK (2005) Compact heat exchangers for           microturbines. In: Proceedings of the 5th  conference on enhanced, compact and ultra-compact heat exchangers: science, engineering and technology. Hoboken, NJ, USA.
[2] Hanafizadeh P, Parhizgar T, Nouri Gheimasi A (2015) Analysis of micro-recuperators in small-sized gas turbines-manufacturing potential of Iran.  Energy Equip Sys 3(1): 1-12.
[3] Omatete OO, Maziasz PJ, Pint BA, Stinton DP (2000) Assessment of recuperator materials for microturbines. Oak Ridge National Laboratory, Metals and Ceramics Division. Report No.: ORNL /TM-2000/304. Contract No.: DE-AC05-00OR22725.
[4] Traverso A, Massardo AF (2005) Optimal design of compact recuperators for microturbine application.Appl Therm Eng 25(14): 2054-2071.
[5] Xie GN, Sunden B, Wang QW, Sundén B, Wang QW (2008) Optimization of compact heat exchangers by a genetic algorithm. Appl Therm Eng 28(8): 895-906.
[6] Manglik RM, Bergles AE (1995) Heat transfer and pressure drop correlations for the rectangular offset strip fin compact heat exchanger. Exp Therm Fluid Sci 10(2): 171-180.
[7] Qiuwang W, Hongxia L, Gongnan X, Min Z, Laiqin L, ZhenPing F (2006) Genetic algorithm optimization for primary surfaces recuperator of microturbine. J Eng Gas Turbines Power 129(2) : 436-442.
[8] Najafi H, Najafi B, Hoseinpoori P (2011) Energy and cost optimization of a plate and fin heat exchanger using genetic algorithm. Appl Therm Eng 31(10): 1839-1847.
[9] Sanaye S, Hajabdollahi H (2010) Thermal-economic multi-objective optimization of plate fin heat exchanger using genetic algorithm. Appl Energy 87(6): 1893-1902.
[10]  زارع ح، بعنونی س، قنبرزاده الف (1391) طراحی بهینه مبدل گرمایی صفحه­ای پره­دار با روش الگوریتم بهینه­سازی زنبور عسل. ماهنامه مکانیک مدرس 29-22 :(5)12.
[11]  مقصودی پ، حنفی­زاده پ (1395) بهینه­سازی چند هدفه رکوپراتور میکروتوربین گازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک. ماهنامه مکانیک مدرس 120-111 :(1)16.
[12] Energy Efficiency Best Practice programme (2000) Compact Heat Exchangers: a Training Package for Engineers.  Energy Efficiency Best Practice Programme, UK.
[13] Bejan A, Tsatsaronis G, Moran MJ (1996) Thermal design and optimization. John Wiley & Sons, New York.
[14] Salama A, Khalil A (2010) Optimization of plate fin heat exchangers used in natural gas liquefaction. in The 10th International Congress of Fluid Dynamics. Ain Soukhna, Red Sea, Egypt.
[15] Shah RK, Sekulic DP (2003) Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons, New York.
[16]  اسکونژاد م‌م (1378) اقتصاد مهندسی. دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.
[17] Genetic algorithm (2015) http://www.fa.wikipedia.org.
[18] Particle swarm optimization (2015)http://www.icasite.info.
[19] Capstone turbine (2015) http://www.capstoneturbine.com /products/c200.
[20]  Lee W, Chen Y, Wu T (2009) Optimization for ice-storage air-conditioning system using particle swarm algorithm. Appl Energy 86(9): 1589–1595.
[21]  اکتسابی م ر (ترجمه) (1371) مبدل­های حرارتی فشرده. شرکت رادیاتور ایران، تهران، ایران.
[22]  شرفی م، بروشکی م، قلی­زاده الف (1389) بهینه­سازی سیکل میکروتوربین گازی با کمک الگوریتم ژنتیک. هجدهمین همایش سالانه بین­المللی مهندسی مکانیک ایران. دانشگاه صنعتی شریف.
 [23] Diesel price (2015)   http://www.globalpetrolprices.com