بررسی عملکرد یک سیکل توربین‌گاز مجهز به یک موتور استرلینگ نوع دوطرفه در یک واحد تولید توان

نویسندگان

دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

هدف از این تحقیق، بررسی عملکرد یک سیکل توربین‌گاز مجهز به یک موتور استرلینگ از دیدگاه ترمودینامیکی است. در این سیستم، بخشی از حرارت خروجی تلف‌شده از توربین‌گاز برای تولید توان بیشتر به یک موتور استرلینگ انتقال داده می‌شود. در تحلیل سیستم پیشنهادی، معادلات حاکم بر سیکل هیبریدی در نرم‌افزار مطلب مدل‌سازی شده و برای حل موتور استرلینگ نیز از مدل‌های اشمیت و آدیاباتیک ایدئال استفاده شده است. در بررسی کل سیکل هیبریدی نسبت فشار کمپرسور و دمای گازهای ورودی به توربین دو پارامتر اساسی و تأثیرگذاری هستند که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته‌اند. نتایج تحقیق نشان می‌دهد که کاهش نسبت فشار کمپرسور و افزایش دمای گازهای ورودی به توربین موجب بهبود عملکرد موتور استرلینگ می‌شود. بررسی‌ها نشان می‌دهد که استفاده از سیکل هیبریدی توربین‌گاز و موتور استرلینگ موجب افزایش توان توربین‌گاز از 268 کیلووات به 6/468 کیلووات بر اساس مدل اشمیت و 3/457 کیلووات بر اساس مدل آدیاباتیک ایدئال می‌شود. از سوی دیگر بازده الکتریکی سیستم نیز با استفاده از سیستم هیبریدی تا حدود 1/18% بر اساس مدل اشمیت و حدود 1/17% بر اساس مدل آدیاباتیک ایدئال افزایش پیدا می‌کند.

کلیدواژه‌ها


[1] Mattingly, J.D., Elements of Propulsion: Gas Turbines and Rockets. Reston, Virginia, USA: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2006. [2] Poullikkas, A., "An Overview of Current and Future Sustainable Gas Turbine Technologies", Renewable & Sustainable Energy Reviews, Vol. 9, No. 5, pp. 409-443, 2005. [3] Milewski, J., Badyda, K. and Miller, A., Gas Turbines in Unconventional Applications, Efficiency, Performance and Robustness of Gas Turbines, Dr. Volkov Konstantin (Ed.), ISBN: 978-953-51- 0464-3, 2012. [4] Schmidt, G., The Theory of Lehmann’s Calorimetric Machine, Z., Vereines Deutcher Ingenieure, 15, part 1, 1871. [5] Finkellstein, T., Analogue Simulation of Stirling Engine, No. 2, 1975. [6] Urieli, I., Berchowitz, D.M., Stirling Cycle Engine Analysis, Oxford, Oxford University Press, 1984. [7] Kongtragool, B., Wongwises, S., "A Review of Solar Powered Stirling Engines and Low Temperature Differential Stirling Engines", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 7, pp. 131-154, 2003. [8] Timoumi, Y., Nasrallah, S.B. and Tlili, I., "Numerical Simulation and Losses Analysis in a Stirling Engine", Heat and Thechnology, Vol. 24, No. 1, pp. 97-105, 2006. [9] Timoumi, Y., Tlili, I., Nasrallah, S. B., "Reduction of Energy Losses in a Stirling Engine", Heat and Thechnology, Vol. 25, No. 1, pp. 81-90, 2007. [10] Timoumi, Y., Nasrallah, S. B. and Tlili, I., "Thermodynamic Analysis of the Stirling Heat Engine with Regenerative Losses and Internal Irreversibilities", Engine Res, Vol. 9, pp. 45-56, 2007. [11] Timoumi, Y., Tlili, I. and Nasrallah, S.B., "Design and Performance Optimization of GPU-3 Stirling Engines", Energy, Vol. 33, pp. 1100-1114, 2008. [12] Korlu, M., Pirkandi, J. and Maroufi, A., "Thermodynamic Analysis of a Gas Turbine Cycle Equipped with a Non-ideal Adiabatic Model for a Double Acting Stirling Engine", Energy Conversion and Managment, Vol. 147, pp. 120-134, 2017. [13] Thombare, D.G. and Verma, S.K., "Technological Development in the Stirling Cycle Engines", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 12, pp. 1-38, 2008. [14] Chahartaghi, M. and Sheykhi, M., "Energy and Exergy Analyses of Beta-type Stirling Engine at Different Working Conditions, Vol. 169, pp. 279-290, 2018. [15] Entezari, A., Manizadeh, A., andAhmadi, R., "Energetical, Exergetical and Economical Optimization Analysis of Combined Power Generation System of Gas Turbine and Stirling Engine, Vol. 159, pp. 189-203, 2018. ]16[ مصطفوی، سید علیرضا، شیرازی، محمد، «احتراق ذرات سوخت زیست‌توده در یک واحد تولید همزمان توان و حرارت مقیاس کوچک»، نشریه علمی و پژوهشی مهندسی و مدیریت انرژی، جلد 6، شمارۀ 3، صفحۀ 56ـ63، ۱۳۹۵. [17] Haseli, Y., Dincer, I. and Naterer, G.F., "Thermodynamic Modeling of a Gas Turbine Cycle Combined with a Solid Oxide Fuel Cell", Hydrogen Energy Vol. 33, pp. 5811-5822, 2008. [18] Abete, A. J., Testing and Optimization of the Performance of a Stirling Engine, Master. Thesis, College Osnabrück, 2013. [19] Walker, G., Stirling Engines, Oxford University Press, Oxford, 1980. [20] Malroy, E.T., Solution of the Ideal Adiabatic Stirling Model with Coupled First Order Differential Equations by the Pasic Method, Maters. Thesis, Ohio University, College of Engineering and Technology, 1998.