هدف از این پایان نامه بهینه سازی سیستم سرمایش پروپانی واحد ngl میباشد، که برای این هدف ابتدا سیکل تبرید مورد نظر با نرم افزار hysys ] 1[ شبیه سازی شده، و بوسیله آنالیز اکسرژی و پینچ مورد بررسی قرار گرفته و از آنالیز ترکیبی پینچ و اکسرژی برای کاهش کار مصرفی سیستم استفاده شده است. در مرحله بعدی با توجه به سطوح دمایی پیشنهاد شده در آنالیز ترکیبی پینچ و اکسرژی سیکل مورد نظر بار دیگر شبیه سازی شده است. با توجه به بهینه سازی انجام شده با آنالیز ترکیبی پینچ و اکسرژی کار مصرفی سیکل سرمایش پروپانی واحد ngl، 5.3% کاهش یافته است. در مرحله بعد در سیکل تبرید مورد نظر تغییراتی را ایجاد نموده ایم. به این صورت که با توجه به دمای کارکرد سیکل از مبرد دیگری برای شبیه سازی استفاده نموده ایم. نتایج این قسمت نیز نشان از کاهش کار مصرفی در سیکل تبرید مورد نظر دارد. با توجه به تغییر مبرد سیکل سرمایش واحد ngl، کار مصرفی سیکل تبرید با مبرد ایزوبوتان 17.8% نسبت به سیکل تبرید با مبرد پروپان کاهش میابد.

در این مطالعه روش خنک سازی فیلمی به صورت تک فاز و دو فاز مورد بررسی قرار گرفته است. روش خنک سازی فیلمی روشی جهت افزایش بازده سیکل های توربین گازی می باشد که با خنک کاری خارجی سطوح توربین گازی، افزایش دمای ورودی را امکان پذیر می سازد. در این بررسی با استفاده از تحلیل عددی، روش خنک سازی فیلمی بر روی دو نوع هندسه ی صفحه(تخت و محدب) مورد بررسی قرار گرفته است. تاثیر پارامترهایی از قبیل هندسه ی لوله ی تزریق، زاویه ی تزریق مرکب و نرخ دمش بر توزیع کارآیی خنک سازی فیلمی ارائه شده است. در قسمت بررسی های دو فاز، اثر قطر قطرات تزریق شده و درصد تزریق قطرات مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی تزریق دوفاز بر روی صفحه ی محدب، در شرایط واقعی کارکرد توربین گازی(دمای بالا و فشار بالا) انجام شده است. معادلات سرعت، دما، آشفتگی، اجزا و معادلات مربوط به فاز گسسته حل شده اند. برای گسسته سازی معادلات فوق از تقریب مرتبه ی دوم استفاده شده است. برای کوپلینگ سرعت و فشار از الگوریتم سیمپل استفاده شده است. از مدل لاگرانژی برای پیش بینی مسیر ذرات استفاده شده است و برهم کنش میان فاز پیوسته و گسسته نیز ملاحظه شده است. مدل آشفتگی k-? استاندارد برای پیش بینی رفتار آشفته ی جریان به کار گفته شده است. نتایج به عددی به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی موجود مورد مقایسه قرار گرفته است و تطبیق قابل قبولی بین آنها وجود دارد. روش خنک سازی فیلمی، روشی مطلوب در جهت افزایش بازده سیکل توربین گازی خواهد بود. موثر ترین روش در جهت افزایش کارآیی خنک سازی فیلمی، استفاده از لوله های تزریق با زاویه ی مرکب می باشد. هر چه هندسه ی لوله از حالت استوانه ای به سمت لوله های شکل داده شده نزدیک تر شود، کارآیی خنک سازی فیلمی افزایش بیشتری می یابد. روش تزریق مرطوب توانایی خود را در افزایش کارآیی خنک سازی فیلمی در پایین دست جریان نشان می دهد.

با وجود این که فن آوری های معمول تبرید و فن آوری سرمایش کرایجنیک به لحاظ ترمودینامیکی دارای یک اساس و ریشه مشترک می باشند، اما برای برآورده کردن نیاز های متفاوت توسعه یافته اند. البته تفاوت بارز این دو مقوله محدوده دمایی کاربرد آن ها می باشد. در صنعت، فرایندهای بسیاری وجود دارند که تمام یا بخشی از آن ها، در زیر دمای محیط انجام می گیرد که به سرمایش کرایجنیک معروف است. پایه محاسبات در سیکل های سرمایشی کرایجنیک، دانستن خواص ترمودینامیکی مبردهای مورد استفاده در آنها می باشد. با این که جداول ترمودینامیکی مختلفی برای مبردها موجود می باشد اما در طراحی سیستم های سرمایشی ضروری به نظر می رسد که خواص ترمودینامیکی این مبردها به کمک نرم افزاری به صورت دقیق تخمین زده شود. استفاده از معادلات حالت، همواره روش موثری برای مطالعه خواص ترمودینامیکی مبردها بوده است. تا کنون، معادلات حالت مختلفی برای پیش بینی خواص ترمودینامیکی مبردها ارائه شده است که از معادلات ساده اولیه با تعداد پارامترهای کمتر و دقت پایین شروع شده و به معادلات جدید پیچیده تر با دقت بالا ختم شده است. در معادلات حالت اولیه، فشار تابعی از متغیرهای دیگر بود و به همین علت به معادلات فشار صریح معروف بودند اما معادلات جدید به صورت تابع صریح انرژی هلمهولتز بیان می شوند. این معادلات با این که پیچیده تر از معادلات فشار صریح می باشند، اما به دلیل داشتن ثابت های تجربی بیشتر، از دقت بالاتری در محاسبه خواص ترمودینامیکی سیالات برخوردار هستند. در این تحقیق، از یک فرم عمومی برای معادلات حالت بر مبنای تابعیت صریح انرژی هلمهولتز استفاده شده است. مزیت آن این است که مانند معادلات فشار صریح، نیاز به انتگرال گیری نیست و می توان با دیفرانسیل گیری، خواص ترمودینامیکی را با دقت بالا در محدوده دمایی گسترده ای استخراج کرد. پارامترهای فرم ساده شده این معادله حالت بنیادی، در دماهای مختلف مشخص، بر روی دو سیال کرایجنیک نیتروژن و هلیم اعمال گردیده است. نتایج محاسبات نشان می دهد که این فرم مطابقت خوبی با داده های تجربی دارد. طبق محاسبات انجام گرفته، میزان خطا در محاسبه آنتالپی و آنتروپی با استفاده از معادله حالت ارائه شده بسیار پایین بوده و در مقایسه با مراجع، نتایج مطلوبی حاصل شده است. طبق نتایج نهایی این کار می توان اظهار داشت که معادله حالت عمومی ارائه شده، زمانیکه برای محاسبه خواص ترمودینامیکی سیالات کرایجنیک استفاده می شود، دارای کارائی بالائی می باشد. ارائه یک نرم افزار جهت پیش بینی خواص ترمودینامیکی مبردها به کمک این معادلات حالت به منظور استفاده در صنایع فرایندی دماپائین، دستاورد اصلی تحقیق حاضر می باشد.