دانشگاه کاشان مهندسی و مدیریت انرژی 2345-2951 12 4 2023 02 20 The Impact of Vanadium-Redox Batteries on the Reliability of Power Systems Integrated with Current-Type Tidal-Turbines تأثیر باتری‌های ردوکس وانادیوم بر قابلیت اطمینان سیستم‌های قدرت دربرگیرندۀ توربین‌های جزر و مدی نوع جریانی 2 17 113677 10.22052/jeem.2023.113677 FA امیر قائدی گروه برق، واحد داریون، دانشگاه آزاد اسلامی، داریون، ایران رضا صداقتی گروه برق، واحد بیضا، دانشگاه آزاد اسلامی، بیضا، ایران مهرداد محمودیان گروه مهندسی برق و الکترونیک، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران Journal Article 2022 12 11 To reduce the uncertainty nature of tidal stream turbines connected to the bulk power system, energy storage systems with high capacity should be used. Among different energy storage systems, vanadium redox flow batteries with large capacity can be used in power systems. In this paper, an economic analysis is performed, and the impact of vanadium redox batteries on the power system containing tidal turbines considering reliability effect is evaluated. For this purpose, a multi-state reliability model is developed for tidal-stream turbines connected to battery units. The multi-state reliability model is used to study the adequacy of the power systems containing tidal turbines in conjunction with vanadium redox batteries. In the proposed reliability model, the failure rate of the composed components and variation in the generated power arisen from variation in tidal current speed are taken into account. Fuzzy c-means clustering technique and Xie-Beni index are utilized to determine an optimal number of clusters and probability of them in the reliability model of the system including tidal stream turbines and vanadium redox batteries. Numerical results of Roy-Billinton and IEEE reliability test systems are evaluated to study the effect of tidal stream turbines and vanadium redox batteries on the reliability of power systems and verify the effectiveness of the proposed model. <strong>به‌</strong><strong>منظور کاهش ماهیت عدم قطعیت توربین‌های جریان جزر و مدی متصل به سیستم قدرت حجیم، باید از سیستم‌های ذخیرۀ انرژی با ظرفیت بالا استفاده کرد. در میان سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی گوناگون، باتری‌های جریان ردوکس وانادیوم با ظرفیت بالا را می‌توان در سیستم‌های قدرت استفاده کرد. در این مقاله، یک تحلیل اقتصادی انجام شده و تأثیر باتری‌های ردوکس وانادیوم بر سیستم قدرت دربرگیرندۀ توربین‌های جزر و مدی با در نظر گرفتن اثر قابلیت اطمینان ارزیابی گردیده است. برای این منظور، یک مدل قابلیت اطمینان چندحالته برای توربین‌های جریان جزر و مدی متصل به واحدهای باتری ایجاد شده است. مدل قابلیت اطمینان چندحالته برای مطالعۀ کفایت سیستم‌های قدرت حاوی توربین‌های جزر و مدی در ارتباط با باتری‌های ردوکس وانادیوم استفاده می‌شود. در مدل قابلیت اطمینان پیشنهادی، نرخ شکست اجزای تشکیل‌شده و تغییر در توان تولیدی ناشی از تغییر در سرعت جریان جزر و مدی در نظر گرفته می‌شود. از روش خوشه‌بندی فازی </strong><strong>c-means</strong><strong> و شاخص </strong><strong>Xie-Beni</strong><strong> برای تعیین تعداد بهینۀ خوشه‌ها و احتمال وجود آن‌ها در مدل قابلیت اطمینان سیستم شامل توربین‌های جریان جزر و مدی و باتری‌های ردوکس وانادیوم استفاده شده است. نتایج عددی سیستم‌های تست قابلیت اطمینان </strong><strong>Roy-Billinton</strong><strong> و </strong><strong>IEEE</strong><strong> برای مطالعۀ اثر توربین‌های جریان جزر و مدی و باتری‌های ردوکس وانادیوم بر قابلیت اطمینان سیستم قدرت و بررسی اثربخشی مدل پیشنهادی ارزیابی می‌شوند.</strong> https://energy.kashanu.ac.ir/article_113677_ab1da5258291c2ec2fa1641b813e0897.pdf

دانشگاه کاشان مهندسی و مدیریت انرژی 2345-2951 12 4 2023 02 20 Complete Load Compensation in a Distribution Network with a Single-Stage PV Grid Interface Converter جبران‌سازی کامل بار در شبکۀ توزیع نیروی برق با مبدل رابط شبکۀ PV یک‌طبقه 18 29 113686 10.22052/jeem.2023.113686 FA هادی افکار گروه مهندسی برق، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران مصطفی اسماعیلی گروه مهندسی صنایع، دانشکده مهندسی کامپیوتر و صنایع، دانشگاه صنعتی بیرجند، بیرجند، ایران Journal Article 2022 11 12 Recent promotions in renewable energy technology along with an increasing demand and the need for clean and cheap energy have led to an increasing trend towards distributed generation resources, especially solar cells, in distribution networks. Moreover, with the rapid development of electronic devices such as computers, televisions, and mobile phone chargers in the consumer sector and the use of power electronic devices such as converters in the industrial sector, the power quality of distribution networks has been seriously threatened. Therefore, it is very important to consider load compensation in distribution networks. In this paper, the use of a PV-grid interface converter for complete load compensation in a four-wire, three-phase distribution network is proposed. The proposed converter consists of a single-stage DC/AC inverter to connect solar cells to the grid. Maximum power point tracking of solar cells and injection of this power into the grid along with complete load compensation are done by the proposed DC/AC inverter. To achieve these aims, a new control strategy is proposed. Simulations wer performed in MATLAB/SIMULINK to evaluate the performance of the proposed structure and control strategy for the PV-grid interface converter. The simulation results for a four-wire, three-phase distribution system indicated complete nonlinear load compensation, reactive power compensation, load current harmonic elimination, and maximum PV power injection into the grid. پیشرفت‌های اخیر در حوزۀ انرژی‌های تجدیدپذیر همراه با افزایش تقاضا و نیاز به انرژی پاک و ارزان، منجر به گرایش فزاینده به‌سمت منابع تولید پراکنده، به‌ویژه سلول‌های خورشیدی، در شبکه‌های توزیع نیروی برق شده است. علاوه بر این، با توسعۀ سریع ادوات الکترونیکی از قبیل رایانه‌ها، تلویزیون‌ها و شارژرهای تلفن همراه در سمت مصرف‌کننده و همچنین استفاده از ادوات الکترونیک قدرت مانند مبدل‌ها در بخش صنعتی، کیفیت توان در شبکه‌های توزیع نیروی برق با چالش جدی مواجه شده است. بنابراین توجه به جبران‌سازی بار در شبکه‌های توزیع برق بسیار مهم است. در این مقاله، استفاده از مبدل رابط شبکۀ PV برای جبران‌سازی کامل بار در شبکۀ توزیع سه‌فاز چهارسیمه پیشنهاد شده است. مبدل پیشنهادی از یک اینورتر یک‌طبقه برای اتصال سلول‌های خورشیدی به شبکه تشکیل شده است. ردیابی نقطۀ توان حداکثر سلول‌های خورشیدی و تزریق این توان به شبکۀ همراه با جبران‌سازی کامل بار توسط اینورتر پیشنهادی انجام می‌شود. برای تحقق این اهداف، یک استراتژی کنترلی جدید پیشنهاد می‌شود. شبیه‌سازی به‌کمک نرم‌افزار MATLAB/SIMULINK برای ارزیابی عملکرد ساختار و استراتژی کنترلی پیشنهادی برای مبدل رابط شبکۀ PV انجام می‌شود. نتایج شبیه‌سازی برای یک سیستم توزیع سه‌‌فاز چهارسیمه، عملکرد مطلوب ساختار و استراتژی کنترلی پیشنهادی را در جبران‌سازی کامل بار غیرخطی، جبران‌سازی توان راکتیو، حذف‌ هارمونیک جریان بار و تزریق حداکثر توان PV به شبکه نشان می‌دهد. https://energy.kashanu.ac.ir/article_113686_3e667673d4e3040e8e89d9a54e4459a5.pdf

دانشگاه کاشان مهندسی و مدیریت انرژی 2345-2951 12 4 2023 02 20 A New Type-II Fuzzy Logic Control-Based Energy Management Strategy for Improving Fuel Cell Durability and Fuel Economy of Hybrid Electric Vehicle استراتژی مدیریت انرژی جدید مبتنی بر منطق فازی نوع دو برای بهبود ماندگاری سلول سوختی و مصرف سوخت خودروهای الکتریکی هیبریدی 30 43 113684 10.22052/jeem.2023.113684 FA مجید کشاورز دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، قزوین، ایران نوشین بیگدلی دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، قزوین، ایران عارف شاه منصوریان دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، قزوین، ایران Journal Article 2022 11 08 This paper presents a novel energy management strategy (EMS) for the hybrid electric vehicle with fuel cell/battery/ultra-capacitor energy sources (FCHEV). For improving the durability and fuel economy of the fuel cell system in FCHEV, the proposed EMS utilized a close-loop control strategy that combines fuzzy logic control (FLC) and a frequency decoupling-based model based on an adaptive low-pass filter and wavelet transform methods. Uncertainty as a powerful tool is utilized to design flexible strategies using type-II FLC based on the charge state of power storage systems. Furthermore, the designed frequency decoupling-based control system separates three optimal frequency components of the required power to supply it by fuel cell, battery, and ultra-capacitor systems based on their individual characteristics and limitation of the power fluctuation on the fuel cell system. Finally, a dynamic performance test used the ADVISOR simulator under the World Light Vehicle Test Cycle (WLTC) to compare the proposed strategy with different strategies. According to the simulation results, the proposed strategy ensures the safety of the ultra-capacitor and battery park and improves the durability of the fuel cell while reducing the hydrogen consumption maximum by 14.6% in comparison with different strategies under similar driving conditions. <strong>این مقاله یک استراتژی مدیریت انرژی جدید ‌(</strong><strong>EM S</strong><strong>) برای خودروهای الکتریکی هیبریدی با منابع انرژی سلول سوختی/باتری/ابرخازن (</strong><strong>FCHEV</strong><strong>) ارائه می‌کند. برای بهبود ماندگاری و مصرف سوخت سیستم سلول سوختی در </strong><strong>FCHEV</strong><strong>، سیستم مدیریت انرژی پیشنهادی از یک استراتژی کنترلی حلقه بسته استفاده کرده است که ترکیبی از کنترل‌کنندۀ منطق فازی (</strong><strong>FLC</strong><strong>) و یک مدل مبتنی بر جداسازی فرکانس مبتنی بر فیلتر پایین‌گذر تطبیقی و روش‌های تبدیل موجک است. عدم قطعیت به‌عنوان یک ابزار قدرتمند برای طراحی استراتژی‌های انعطاف‌پذیر با استفاده از کنترل‌کنندۀ منطق فازی نوع دو بر اساس سطح شارژ سیستم‌های ذخیره‌‌کنندۀ توان مورد استفاده قرارمی‌گیرد. علاوه بر این، سیستم کنترل مبتنی بر جداسازی فرکانس طراحی‌شده، توان مورد نیاز را برای تأمین توسط سیستم‌های سلول سوختی، باتری و ابرخازن با توجه به ویژگی‌های فردی آن‌ها و محدودیت نوسانات توان در سیستم سلول سوختی به سه بخش فرکانسی بهینه جدا می‌کند. در نهایت، یک تست عملکرد پویا از شبیه‌ساز </strong><strong>ADVISOR</strong><strong> تحت چرخۀ تست خودروی سبک جهانی (</strong><strong>WLTC</strong><strong>) برای مقایسۀ استراتژی پیشنهادی با استراتژی‌های مختلف استفاده شده است. با توجه به نتایج شبیه‌سازی، استراتژی پیشنهادی</strong><strong>،</strong><strong> ایمنی ابر‌خازن و باتری را تضمین کرده و درحالی‌که حداکثر مصرف هیدروژن را تا 6/14 درصد نسبت به استراتژی‌های مختلف در شرایط رانندگی مشابه کاهش می‌دهد، دوام و ماندگاری سلول سوختی را نیز بهبود می‌بخشد.</strong> https://energy.kashanu.ac.ir/article_113684_9af6de56e6cee7cd3aa62b23b591698b.pdf

دانشگاه کاشان مهندسی و مدیریت انرژی 2345-2951 12 4 2023 02 20 Technical and Economic Evaluation of Micro-hydropower Plant Design on Water Transmission Lines (A Case study of Chaharmahal and Bakhtiari Province) ارزیابی فنی و اقتصادی طراحی نیروگاه برق آبی کوچک بر روی خطوط انتقال آب (مطالعۀ موردی: استان چهارمحال و بختیاری) 44 53 113682 10.22052/jeem.2023.113682 FA علیرضا رئیسی گروه مهندسی برق، دانشگاه فنی و حرفه ای، تهران، ایران Journal Article 2022 11 26 The production of electricity from the pressure difference inside the water transmission lines is one of the new issues in the renewable energy fields, which is achieved by replacing pressure relief valves with micro-hydropower.  For this purpose, extensive research has been done for the technical and economic evaluation of the construction of micro-hydropower on different points of water transmission lines. The main challenge in conducted studies is that these studies cannot be generalized to other points. In other words, considering that the hydraulic parameters of the lines and their operating conditions are completely different, so each line needs feasibility and separate studies. To this end, in this paper, different stages of designing micro-hydropower from a technical and economic point of view were described; then, these steps were carried out for a real case study, that is, the Kohrang-Shahrkord water transmission line. The design of micro-hydropower in this paper was done with the cost function of the ratio of income to initial capital. The results of the designs for different scenarios showed the importance of studying the daily flow rate changes that may have been affected by climate change. Also, the results showed that by choosing the Crossflow turbine for the points with large flow rate changes, the highest value of the profit index was obtained at the cost of 1.92, which led to the production of 2742,000 kW-hr of energy per year. In similar hydraulic conditions, with the choice of Torgo turbine, the value of this index was 1.34 and the annual energy production was 2141,000 kW-hr. <strong>تولید برق از اختلاف فشار داخل خطوط انتقال آب از جمله موضوعات جدید در زمینۀ انرژی‌های تجدیدپذیر است که با جایگزین کردن میکروهیدروپاور‌ها به‌جای شیرهای فشارشکن محقق می‌شود. </strong><strong>بدین منظور تحقیقاتی گسترده‌ای برای ارزیابی فنی و اقتصادی احداث میکروهیدروپاور‌ها بر روی نقاط مختلف خطوط انتقال آب انجام‌ شده است. چالش اصلی در مطالعات انجام‌شده این است که این مطالعات قابل‌تعمیم به نقاط دیگر نیستند؛ به‌عبارت‌ دیگر با توجه به اینکه پارامترهای هیدرولیکی خطوط و شرایط بهره‌برداری آن‌ها کاملاً متفاوت است، هر خط نیاز به امکان‌سنجی و مطالعات جداگانه دارد. بنابراین در این مقاله، نخست مراحل مختلف طراحی یک هیدرو پاور از دیدگاه فنی و دیدگاه اقتصادی شرح داده خواهد شد، سپس این مراحل برای طراحی میکرو هیدروپاور‌های یک مطالعۀ موردی، خط انتقال آب کوهرنگ </strong><strong>–</strong><strong> شهرکرد انجام خواهند شد. طراحی میکروهیدروپاور در این مقاله با تابع هزینۀ نسبت درآمد به سرمایۀ اولیه انجام خواهد شد. نتایج طراحی‌ها برای سناریو‌های مختلف اهمیت مطالعۀ تغییرات دربی روزانه را که ممکن است دستخوش تغییرات اقلیمی شود نشان می‌دهد. همچنین نتایج نشان می‌دهد که با انتخاب توربین کراس‌فلو برای نقاطی که تغییرات دبی زیادی دارند، بیشترین مقدار شاخص سود به سرمایه‌گذاری ۹۲/۱ به دست می‌آید که منجر به تولید 2742000 کیلووات ساعت انرژی در سال می‌شود. در شرایط هیدرولیکی مشابه، با انتخاب توربین تورگو، مقدار این شاخص ۳۴/۱ و تولید انرژی سالانۀ 2141000 کیلووات ساعت است.</strong> https://energy.kashanu.ac.ir/article_113682_0f21c63dc5e743ef5a1e16c4a3c61e69.pdf

دانشگاه کاشان مهندسی و مدیریت انرژی 2345-2951 12 4 2023 02 20 Improved Rotor Designs of V- and Flat-type BLDC Motors Aiming at Low Torque Ripple طراحی‌های روتور بهبودیافته برای موتورهای DC بدون جاروبک V و Flat شکل با هدف کاهش ریپل گشتاور 54 67 113685 10.22052/jeem.2023.113685 FA سیدرضا موسوی اقدم دانشکده مهندسی برق و مکانیک، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران امین خلوصی دانشکده مهندسی برق و مکانیک، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران Journal Article 2022 11 23 This paper presents modified rotor designs for two conventional V- and Flat-type BLDC motors to reduce the torque ripple. For gaining an insight into design features, the torque production characteristics are described at the beginning of the paper. By analyzing and comparing performance parameters including cogging torque, air gap flux density, back EMF, and torque average, the paper tries to describe how the torque ripple can be affected and reduced by shaping the air gap and creating specific holes in the rotor magnetic path. First, the conventional V-type BLDC motor was analyzed. Sensitivity analysis was deployed to shape the air gap and to create holes in the rotor structure. Then, all the results for both conventional and proposed V-type models were compared. Consequently, the torque ripple was effectively reduced without affecting other performance parameters. Next, the Flat-type BLDC motor was considered. Following the sensitivity analysis, the air gap was shaped, and holes were created. Similar to the proposed V-type design, the proposed Flat-type design effectively reduced the torque ripple compared with the conventional design. The results were obtained using finite element analysis; it confirmed the effectiveness of the proposed designs in both V- and Flat-type BLDC motors. <strong>این مقاله طراحی‌های روتور تغییریافته برای موتورهای </strong><strong>DC</strong><strong> بدون جاروبک </strong><strong>V</strong><strong> و </strong><strong>Flat</strong><strong> شکل جهت کاهش ریپل گشتاور را ارائه می‌کند. برای درک عمیق ویژگی‌های طراحی، مشخصات تولید گشتاور در ابتدای مقاله تشریح شده است. با بررسی و مقایسۀ پارامترهای عملکردی شامل گشتاور کاگینگ، چگالی شار فاصلۀ هوایی، نیروی ضدمحرکه و گشتاور متوسط، این مقاله توضیح می‌دهد که چگونه ریپل گشتاور از شکل‌دهی فاصلۀ هوایی و ایجاد موانع خاص در مسیر مغناطیسی روتور متأثر بوده و کاهش می‌یابد. در ابتدا موتورهای </strong><strong>DC</strong><strong> بدون جاروبک </strong><strong>V</strong><strong> شکل مرسوم مورد بررسی قرار می‌گیرند. آنالیز حساسیت برای شکل‌دهی و ایجاد موانع در ساختار روتور به کار گرفته می‌شود. سپس، تمام نتایج برای هر دو مدل </strong><strong>V</strong><strong> شکل مرسوم و پیشنهادی مورد مقایسه قرار می‌گیرند. متعاقب آن، ریپل گشتاور بدون اثرگذاری روی سایر پارامترهای عملکردی به‌طور مؤثر کاهش می‌یابد. در ادامۀ کار، موتور </strong><strong>DC</strong><strong> بدون جاروبک </strong><strong>Flat</strong><strong> شکل مورد بررسی قرار می‌گیرد. با انجام آنالیز حساسیت، فاصلۀ هوایی شکل‌دهی شده و موانع ایجاد می‌شوند. مشابه با طراحی </strong><strong>V</strong><strong> شکل، طراحی </strong><strong>Flat</strong><strong> شکل پیشنهادی به‌طور مؤثر ریپل گشتاور را در مقایسه با طراحی مرسوم کم می‌کند. نتایج با استفاده از آنالیز المان محدود استخراج شده و اثربخشی طراحی‌های پیشنهادی در هر دو موتور </strong><strong>DC</strong><strong> بدون جاروبک </strong><strong>V</strong><strong> و </strong><strong>Flat</strong><strong> شکل را تأیید می‌کنند.</strong> https://energy.kashanu.ac.ir/article_113685_d4b183a785811fff9340835dcbdb8d15.pdf

دانشگاه کاشان مهندسی و مدیریت انرژی 2345-2951 12 4 2023 02 20 A Modified SRM Drive Structure Based on Conventional Inverter and DTC Strategy to Reduce Torque Ripple یک ساختار تغییریافتۀ درایو موتور سوئیچ رلوکتانس بر پایۀ اینورتر مرسوم و راهکار کنترل مستقیم گشتاور برای کاهش ریپل گشتاور 68 79 113683 10.22052/jeem.2023.113683 FA مجید غنی زاده گروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشکده مهندسی برق و مکانیک، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران سیدرضا موسوی اقدم گروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشکده مهندسی برق و مکانیک، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران مجید حسین پور گروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشکده مهندسی برق و مکانیک، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران Journal Article 2021 09 29 This paper proposes a modified drive structure for switched reluctance motors considering a direct torque control strategy. In the proposed converter structure, standard inverter topologies are used with a few additional components to make the total SRM drive cost-effective. Like drives with conventional inverters, proposing a new general converter structure, appropriate regarding its total cost and controllability, has been one of the most critical challenges of the last two decades for switched reluctance motors. The use of such conventional three-phase inverters instead of SRM (Switched Reluctance Motor) exclusive converters, due to low cost and greater availability, has been analyzed and effectively implemented in this paper. The analysis showed that driving switched reluctance motors using conventional inverters could possibly lead to a high torque performance. In this paper, two new converter structures, based on conventional three and one phase inverters, are presented for a four-phase switched reluctance motor. In addition, the direct torque control strategy is used to reduce torque ripple sufficiently. The results showed the effectiveness of the proposed drive structure. <strong>این مقاله یک ساختار درایو تغییریافته را برای موتورهای سوئیچ رلوکتانس با در نظر گرفتن راهکار کنترل مستقیم گشتاور معرفی می‌کند. در ساختار مبدل پیشنهادی، توپولوژی‌های اینورتر معمول با تعدادی اجزای اضافی مورد استفاده قرار می‌گیرند تا درایو موتور سوئیچ رلوکتانس از نظر اقتصادی باصرفه باشد. همانند درایوهای با اینورتر مرسوم، معرفی یک ساختار کلی جدید که از نظر هزینۀ کلی و قابلیت کنترل بتواند مناسب باشد، یکی از چالش‌های خیلی مهم در دو دهۀ اخیر در حوزۀ موتورهای سوئیچ رلوکتانس است. استفاده از چنین اینورترهای سه فاز مرسوم به‌جای مبدل‌های انحصاری موتور سوئیچ رلوکتانس، به‌دلیل هزینۀ کم و در دسترس بودن، مورد بررسی قرار گرفته و به‌طور مؤثر در این مقاله پیاده‌سازی شده است. مطالعه نشان می‌دهد که درایو کردن موتورهای سوئیچ رلوکتانس با استفاده از اینورترهای مرسوم احتمالاً به عملکرد گشتاور بالا منجر می‌شود. در این مقاله، دو ساختار مبدل جدید بر پایۀ اینورترهای تک‌فاز و سه فاز مرسوم برای استفاده در موتورهای سوئیچ رلوکتانس چهارفاز معرفی می‌شوند. به‌علاوه، راهکار کنترل مستقیم گشتاور جهت کاهش مؤثر ریپل گشتاور به کار گرفته می‌شود. نتایج، اثربخشی ساختار درایو پیشنهادی را نشان می‌دهد.</strong> https://energy.kashanu.ac.ir/article_113683_f5bf1c5c099b48943dd6b48305aa2933.pdf

دانشگاه کاشان مهندسی و مدیریت انرژی 2345-2951 12 4 2023 02 20 Economic, Exergy, and Environmental Analyses of Parabolic Trough Solar Collector with Turbulator Containing Polymer Hybrid Nanofluid تحلیل اقتصادی، اگزرژی و زیست محیطی کلکتور خورشیدی سهموی با توربولاتور حاوی نانوسیال هیبریدی پلیمری 80 99 113688 10.22052/jeem.2023.113688 FA علی حسینی اصفهانی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران مهدی علی احیایی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، واحد پردیس، دانشگاه آزاد اسلامی، شهر پردیس، ایران علی حسنی جوشقانی گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران محمد مهدی نجفی زاده گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران Journal Article 2022 12 07 The limited resources of fossil fuels and the problems caused by greenhouse gas emissions have made it increasingly necessary to pay more attention to renewable energy sources, especially solar energy. Increasing the efficiency of equipment related to this group of energies will increase productivity, decrease fuel costs and electricity, and improve air quality. This study aims to design a new geometry for turbulators which increase efficiency in solar collectors, especially in higher Reynolds number (<em>Re</em>), with an increase in the Nusselt number (<em>Nu</em>) and a decrease in the pressure drop <em>(</em><em>D</em><em>P</em>). In this regard, the performance evaluation criterion (<em>PEC</em>) has been defined based on <em>D</em><em>P</em> and <em>Nu</em>, and its changes have been investigated. Furthermore, the heat-transfer characteristics and performance of water-based <em>CuO-SWCNT</em> hybrid nanofluids (<em>HNF</em>), with volume fractions (<em>ϕ</em>) of 2% to 6% of nanoparticles in the <em>Re</em> = 12000 to 18000, have been investigated in the absorber tube of a solar collector. In order to couple velocity and pressure equations, a simple algorithm is used. Results from the study of two samples of twisted tape (<em>TT</em>) with two different scales (1 and 0.5) are examined for samples A and B respectively. Based on the results, the <em>TT</em> with a scale has the highest efficiency of 1.0 (<em>Re</em> =12000, <em>f</em> = 2% is 3.54) where it is 3.52, while considering a <em>TT</em> with a scale of 0.5 under the same conditions. Therefore, using a <em>TT</em> with a scale of 1 is more desirable from a thermal fluid dynamics point of view. <strong>محدود بودن منابع سوخت‌های فسیلی و مشکلات ناشی از انتشارات گازهای گلخانه‌ای، توجه بیش از پیش به انرژی‌های تجدیدپذیر، به‌ویژه انرژی خورشیدی را بر همگان روشن و ضروری کرده است. همچنین افزایش راندمان تجهیزات مربوط به این گروه از انرژی‌ها باعث افزایش بهره‌وری، کاهش هزینۀ سوخت، برق و کیفیت بهتر هوا می‌شود. هدف این مطالعه طراحی یک هندسۀ جدید برای توربولاتورهاست که با افزایش عدد ناسلت و افت فشار منطقی، منجر به افزایش راندمان در کلکتورهای خورشیدی، به‌ویژه در عدد رینولدز بالاتر شود. لذا به این منظور شاخص هیدرولیکی-حرارتی بر اساس افت فشار و عدد ناسلت، تعریف و تغییرات آن بررسی شده است. علاوه بر این، ویژگی‌های انتقال حرارت و عملکرد نانوسیال‌های هیبریدی نانولولۀ کربنی چندجداره-اکسید مس/آب در کسر حجمی 2 تا 6 درصد از نانوذرات در اعداد رینولدز 12000 تا 18000 در لولۀ جاذب کلکتور خورشیدی مورد بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه به‌منظور اتصال معادلات سرعت و فشار از الگوریتم سیمپل استفاده می‌شود. نتایج حاصل از مطالعه برای دو نمونه نوار پیچ‌خورده با دو شکل هندسی مختلف (1 و ۵</strong><strong>/۰</strong><strong>) به‌ترتیب برای نمونه‌های </strong><strong>A</strong><strong> </strong><strong>و </strong><strong>B</strong><strong> مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده حداکثر عملکرد حرارتی در عدد رینولدز 12000 و کسرحجمی 2</strong><strong>%</strong><strong> برای نوار پیچ خورده در نسبت پیچش 1</strong><strong> برابر ۵۲/۳ است؛ درحالی‌که این میزان هنگام استفاده از نوار پیچ‌خورده در نسبت پیچش </strong><strong>۵</strong><strong>/۰ برابر 3/3 است. لذا به لحاظ شاخص هیدرولیکی-حرارتی استفاده از نوار پیچ‌خورده با نسبت پیچش 1 به‌عنوان حالت بهینه انتخاب می‌شود.</strong> https://energy.kashanu.ac.ir/article_113688_5525cefaa32f9254fa2bd4d2640dfab5.pdf

دانشگاه کاشان مهندسی و مدیریت انرژی 2345-2951 12 4 2023 02 20 Numerical Study of Thethermohydraulic and Energy-saving Performance of a Graphene Nanoplatelet-platinum Hybrid Nanofluid inside a Manifold Microchannel Heat Sink بررسی عملکرد ترموهیدرولیکی و کاهش مصرف انرژی یک چاه حرارتی میکروکانالی منیفولدی با نانوسیال هیبریدی حاوی نانوصفحات گرافن- پلاتین 100 113 113687 10.22052/jeem.2023.113687 FA محمدرضا بابایی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران قنبرعلی شیخ زاده دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران علی اکبر عباسیان آرانی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران Journal Article 2022 10 08 Due to high heat flux in electronic equipment, the better cooling of these equipment using microchannel heat sink is of interest to many researchers today. However, paying attention to reducing energy consumption is also one of the essential issues that has attracted the attention of researchers and manufacturers.Thermohydraulic characteristics and energy saving of a water-based graphene nanoplatelet-platinum hybrid nanofluid inside a manifold microchannel heat sink for laminar flow have been  investigated numerically for various nanofluid volume fractions (<em>φ</em>=0.02, 0.06, and 0.1%) and Reynolds number (Re=20 to 100). The Properties of hybrid nanofluid were considered temperature-dependent. According to studies conducted in this research, graphene nanoplatelet-platinum hybrid nanofluid in a manifold microchannel heat sink improves heat transfer performance. Cooling uniformity factor as a criterion for diagnosing of hotspot regions decreases with an increase in Reynolds number and nanofluid volume fraction. Nusselt number (Nu) increases with an increase in  the Reynolds and nanofluid volume fraction. Nu_max=38.10 is obtained for Re=100 and<em> φ</em>=0.1%  and Nu_min=24.17 is obtained for Re=20 and <em>φ</em>=0. Thermal resistance decreases with an increase in nanofluid volume fraction and Reynolds number. With an increase in Reynolds number andnanofluid volume fraction, pressure drop increases. Also, at low Reynolds numbers (Re=20), pressure drop differences in different volume fractions are insignifcant. For all nanofluid volume fraction values, the performane evaluation criterion (PEC) value is greater than 1, which indicates the improvement of manifold microchannel heat sink efficiency using nanofluids. Also, for all Reynolds values, the performance evaluation criterion with an increase in volume fraction increases. PEC_max for Re=20 and <em>φ</em>= 0.02% is achieved. There is no significant difference in the performance evaluation criterion for higher volume concentrations (0.06% and 0.1%) and higher Reynolds numbers (40 to 100). <strong>با توجه به شار حرارتی بالا در تجهیزات الکترونیکی، خنک‌سازی بهتر این تجهیزات با استفاده از چاه حرارتی میکروکانالی امروزه مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است، اما توجه به کاهش مصرف انرژی یکی از موارد ضروری است که مورد توجه محققان و سازندگان قرار گرفته است. خصوصیات ترموهیدرولیکی و صرفه‌جویی در انرژی برای نانوسیال هیبریدی حاوی نانوصفحات گرافن-پلاتین با سیال پایۀ آب در داخل یک چاه حرارتی میکروکانالی منیفولدی برای جریان آرام به‌صورت عددی برای کسرحجمی‌های مختلف نانوسیال (02/0=</strong><strong><em>φ</em></strong><strong>، 06/0=</strong><strong><em>φ</em></strong><strong> و 1/0%=</strong><strong><em>φ</em></strong><strong>) و اعدد رینولدز (20</strong><strong> Re=</strong><strong> تا 100</strong><strong>Re=</strong><strong>) بررسی شده است. خواص نانوسیال هیبریدی وابسته به دما در نظر گرفته شد. با توجه به مطالعات انجام‌شده در این تحقیق، نانوسیال هیبریدی حاوی نانوصفحات گرافن-پلاتین در یک چاه حرارتی میکروکانالی منیفولدی عملکرد انتقال حرارت را بهبود می‌بخشد. فاکتور یکنواختی خنک‌کنندگی به‌عنوان معیاری برای تشخیص مناطق با حرارت بالا با افزایش عدد رینولدز و کسر حجمی نانوسیال کاهش می‌یابد. عدد ناسلت (</strong><strong>Nu</strong><strong>) با افزایش رینولدز و کسر حجمی نانوسیال افزایش می‌یابد. 10/38</strong><strong> Nu_max=</strong><strong> برای 100</strong><strong>Re=</strong><strong> و 1/0%=</strong><strong><em>φ</em></strong><strong> و 17/24</strong><strong> Nu_min=</strong><strong>برای 20</strong><strong> Re=</strong><strong>و 0=</strong><strong><em>φ</em></strong><strong> به دست می‌آید. مقاومت حرارتی با افزایش کسر حجمی نانوسیال و عدد رینولدز کاهش می‌یابد. با افزایش عدد رینولدز و کسر حجمی نانوسیال، افت فشار افزایش می‌یابد. همچنین، در اعداد رینولدز پایین (20</strong><strong>Re=</strong><strong>)، اختلاف افت فشار در کسر حجمی‌های مختلف ناچیز است. برای تمام مقادیر کسر حجمی نانوسیال، مقدار معیار ارزیابی عملکرد (</strong><strong>PEC</strong><strong>)</strong><strong> </strong><strong>بیشتر از 1 است که نشان‌دهندۀ بهبود راندمان چاه حرارتی میکروکانالی منیفولدی با استفاده از نانوسیال است. همچنین برای تمام مقادیر رینولدز، معیار ارزیابی عملکرد با افزایش کسر حجمی افزایش می‌یابد. </strong><strong>PEC_max</strong><strong> برای 20</strong><strong> Re=</strong><strong> و 02/0%=</strong><strong><em>φ</em></strong><strong> به دست می‌آید. تفاوت چندانی در معیار ارزیابی عملکرد برای کسرحجمی‌های بالاتر (06/0% و 1/0%) و اعداد رینولدز بالاتر (40 تا 100) وجود ندارد.</strong> https://energy.kashanu.ac.ir/article_113687_1c5cc3ce30dacdd6c07c076c1abe199c.pdf