تحلیل و طراحی کمپرسورهای گریز از مرکز به عنوان یکی از مهمترین اجزاء ایستگاه های تقویت فشار گاز، نیازمند ابزارهایی با دقت و سرعت بالا است. گر چه توسعه روش های دینامیک سیالات محاسباتی در بهبود طراحی و تحلیل، کمک شایانی نموده است، اما استفاده از روش های یک بعدی نه تنها جایگاه خود را از دست نداده، بلکه به کمک نتایج تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی بیش از نیمی از فرآیند طراحی توربوماشینی کمپرسورها و توربین های شعاعی و محوری قابل انجام می باشد. روشی که برای مدلسازی جریان گذرنده از کمپرسور گریز از مرکز در این پروژه انتخاب شده است، روش یک بعدی است که با استفاده از روابط تجربی حاکم بر جریان هر جزء از کمپرسور گریز از مرکز، میدان جریان تک تک اجزای کمپرسور به صورت پله ای تعیین می شود. اعتبار سنجی مدل، از مقایسه نتایج حاصل از تحلیل یک بعدی با نتایج آزمایشگاهی موجود جریان داخل کمپرسور گریز از مرکز دو طبقه صورت می گیرد. مقایسه ذکر شده به صورت منحنی های فشار کل، زاویه جریان، عدد ماخ در ایستگاه های مختلف و همچنین نمودارهای عملکردی کمپرسور شامل نسبت فشار کل- دبی، بازده ایزونتروپیک- دبی ارائه می گردد. انطباق بسیار خوب حاصل از مقایسه نتایج حاصل از مدل با نتایج آزمایشگاهی موجود، حاکی از توانایی مدل و اعتبار آن در برآورد خواسته ها و نیازهای مطلوب است.

افزایش روزافزون مصرف انرژی در کشور به تدریج به یکی از مشکلات کلان اقتصادی و اجتماعی تبدیل می گردد. هرچند کشور عزیزمان از نظر منابع انرژی فسیلی بسیار غنی است، اما مصرف غیر بهینه انرژی خسارات جبران ناپذیری را بر بودجه کشور تحمیل می نماید. این موضوع اهمیت بررسی پارامترهای موثر بر سیستم های جدید گرمایشی چون گرمایش از کف در محیط های مسکونی و اداری را نمایان می سازد. دراین پایان نامه با استفاده از روش های عددی، آرایش های مختلف گرمایش از کف و نقش پوشش روی آن ها مورد بررسی قرار گرفته و در ادامه مقایسه آن با سیستم های متمرکز از نظر آسایش حرارتی و مصرف انرژی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد پارامترهایی چون عمق قرارگیری لوله ها و آرایش لوله ها تاثیر زیادی بر نرخ انتقال حرارت تابشی و شرایط آسایش حرارتی در اتاق دارند. سه روش چیدمان مختلف گرمایش کفی در یک اتاق مدل با چهار مرز سرد مورد بررسی قرار گرفت و مشخص گردید با شرایط فوق بهترین مدل، آرایش حلزونی و بهترین عمق پوشش روی لوله ها چهار سانتی متر می باشد. همچنین توزیع دما در کف و دمای هوای اتاق و سرعت هوا در اتاق در شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفت و نسبت به سیستم های متمرکز از نظر شرایط آسایش حرارتی مقایسه شد. در پایان نتایج عددی با جداول عملیاتی و محاسباتی هندبوک های تاسیساتی مورد استفاده در اجرا مقایسه گردیده است.

جریان سیال در داخل توربوماشینها کاملاً سه بعدی بوده و به همین دلیل رفتار واقعی جریان در این تجهیزات از پیچیدگی زیادی برخوردار است. این پیچیدگی ناشی از دوران و ویسکوزیته سیال ، آشفتگی و گذرا بودن جریان، اثرات متقابل روتور و استاتور می باشد. امروزه با توجه به پیشرفت های بدست آمده در محاسبات عددی و افزایش توان محاسباتی کامپیوتر ها براحتی می توان جریان داخل توربوماشینها را بصورت کاملا ًسه بعدی مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. درمسایل مهندسی با توجه به گستردگی و پیچیدگی مسایل و هزینه های بالای برخی آزمایشات ، استفاده از نرم افزارهای کامپیوتری به یک امر اجتناب ناپذیر تبدیل شده است. در تجزیه وتحلیل بوسیله کامپیوتر براحتی می توان شرایط مختلف مساله از جمله هندسه و شرایط مرزی موجود را تغییرداده و نتایج مختلف را استخراج و مورد تجزیه وتحلیل قرار داد. یکی از قدرتمندترین نرم افزارهای موجود در حل مسایل مربوط به انتقال حرارت و جریان جرم در توربوماشینها نرم افزار‍cfx می باشد. حل عددی در این نرم افزار بر مبنای روش حجم محدود می باشد. هدف از انجام این تحقیق این بود که انتقال حرارت و خنک کاری توربین e3 مورد بررسی قرار گیرد ، که برای نیل به این اهداف ابتدا مدل سه بعدی و مش بندی توربین گاز e3 انجام و سپس انتقال حرارت و خنک کاری توربین مذکور مورد اجرا و خروجی های این کار با نتایج موجود مورد مقایسه قرار گرفته است. راندمان توربین در حالت های بدون خنک کاری و با خنک کاری پره ها با استفاده از حل های متفاوت بصورت نمودار بدست آمده و با نتایج موجود در سند nasa cr- 168289 مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج بدست آمده بیانگر دقت بالای نرم افزار در تجزیه و تحلیل عددی مسایل مهندسی است.

جریان واقعی درون کمپرسور سه بعدی و کاملا آشفته است که علت آن هندسه پیچیده، لزجت جریان و سرعت بالای آن می باشد. از این رو برای تحلیل و شناخت صحیح جریان سعی می شود که میدان جریان درکمپرسور به صورت سه بعدی تحلیل شود. در این تحقیق ابتدا سعی در مدل کردن کمپرسور دوطبقه با توجه به شرایط مرزی و خواص سیال با نرم افزار cfx می شود و پس از اطمینان از صحت شبیه سازی با داده های شرکت سازنده کمپرسور ادامه کار صورت می گیرد. در این تحقیق اثرات عیوب رسوب و خوردگی بر روی کارکرد یک کمپرسور گریز از مرکز بررسی می گردد، این عیوب با کمک شبیه سازی عددی مدل می شوند. در شبیه سازی های عددی اثر هر یک از عیوب بر روی هندسه کمپرسور اعمال شده و اثر آن عیب بر عملکرد کمپرسور به دست می آید. برای رسوب ما زبری و سطح مقطع پره را افزایش می دهیم و برای خوردگی زبری را افزایش و سطح مقطع پره را کم می کنیم. همانطور که در ادامه می آید شاهد هستیم که اثر رسوب باعث کاهش بیشتر بازده و نسبت فشار کمپرسور نسبت به خوردگی می شود.

هر پروسه ساخت مشخص دقت خاص خود رادارد .با تغییر پروسه ساختممکن استدر ابعاد هندسه ی نهایی محصولات نسبت به هندسه نامی اختلاف هایی ایجاد شود . فرایند ساخت پره ی توربینمی تواند شامل مراحل ریخته گری و ماشینکاری وسخت کاری روی سطوح و پوشش دهی باشد . هر یک از این مراحل انحرافات هندسی خاص خود را ایجاد می کند .باید از روشهای کنترل کیفییت مانند تعیین تلرانس ها جهت کنترل انها استفاده کرد .این روشهای کنترل کیفییت هزینه ها را افزایش می دهند اما در مقایسه با هزینه های ناشی از نصب قطعات با کیفییت کم و افزایش هزینه های نگهداری و تعمیرات و نارضایتی خریدار ارجحیت دارد . یک تولید کننده موفق توربین باید تلرانسهای هندسی مناسب را محاسبه کند تا بتواند توربین رابا هزینه و کیفییت مناسب عرضه کند. در اثر تغییر فرایند ساخت عوامل مختلفی سبب ایجاد تغییرات هندسی می شوند . از جمله این عوامل می توان به سرد شدن غیر یکنواخت مذاب درون قالبهای ریخته گری اشاره کرد . نقاط ضخیم تر دیرتر سرد شده و نقاط نازکتر سریعتر سرد می شود . این پدیده باعث تنش درونی و پیچیدگی مقاطع پره می شود . از خطاهای دیگر می توان به دقت ابزارهای تولید و قالبها اشاره کرد . از جمله جابجای های مهم هندسی پره می توان به تغییرات بزرگ در زاویه نصب و کوچک شدن لبه ورود و خروج پره و جابجایی مقاطع پره در راستای شعاعی و برامدگی و فرو رفتگی بر روی پره اشاره کرد . ایجادبرامدگی بر روی پره ها می تواند موجب کاهش سطح عبور جریان و در نتیجه کاهش دبی شود . وجود این برامدگی در پره های مافوق صوت حتی می تواند موجب ایجاد شوک و افت گردد .در این پروژه سعی خواهد شد تا تغییرات ایجاد شده در هندسه پره ها بر اثر تغییرات فرایند ساخت شناسایی شده و با استفاده از نرم افزار ansys cfx تاثیر این تغییرات بر عملکرد طبقه توربین شناسایی شود .

اکسید های نیتروژن و منو اکسید کربن و دیگر محصولات جانبی احتراق توربین گاز مدت طولانی است که به عنوان آلاینده های جوی مضر محیط زیست و انسان شناخته شده است . پیش بینی مقدار انتشار این آلاینده های مضر با استفاده از پارامتر های موثر بر شکل گیری آنها که روش (pems) نامیده می شود مزایای اقتصادی بسیار خوبی نسبت به روش (cems) دارد. در این پژوهش ، محفظه توربین گاز بر اساس اصول اولیه مهندسی برای پیش بینی پارمترهای عملکردی محفظه احتراق و آلودگی های منواکسید کربن و اکسیدهای نیتروژن مدل شده است . این مدل براساس محفظه احتراق پرمیکس رقیق و متکی بر شرایط محیط و مقدار بار توربین طراحی شده است.میزان بار توربین بر اساس قدرت خروجی آن بیان می شود . جریان سوخت و هوای اصلی و کمکی بر اساس داده های ورودی توربین محاسبه شده اند . برای بدست آوردن دمای احتراق، محفظه احتراق به چند ناحیه تقسیم شده است و دمای هر ناحیه به کمک معادلات انرژی بدست می آید .برای پیش بینی مقادیر اکسید نیتروژن و منواکسید کربن از روابط تجربی چندین محقق که بر مبنای استفاده از دما ، فشار و نسبت تعادل می باشند استفاده و با همدیگر مقایسه کرده ایم .مقایسه بین میزان آلودگی پیش بینی شده توسط این مدل با اطلاعات بدست آمده از یک نمونه توربین واقعی میزان دقت این مدل را نشان می دهد .

در این پایان نامه گزارشی از تلاش های آزمایشگاهی صورت گرفته برای تخمین مقدار اتلاف گذار یک سامانه کاهنده نوفه ارایه شده است. این سامانه شامل یک محفظه انبساط و لوله های ورودی و خروجی آن است. ایجاد نوفه در سامانه، نیاز به تحریک صوتی می باشد. در آزمایش های صورت گرفته، تحریک صوتی سامانه توسط یک بلندگو که سیگنال های معینی را از نرم افزارهای تولید سیگنال nch tone generator دریافت می کند، انجام شده و توابع صوتی مانند تابع انتقال، توابع یگانه و متقاطع طیفی و... با کمک نرم افزار pulse labshop و به روش تبدیل سریع فوریه (fft) اندازه گیری شده است. علاوه بر آزمایش های تجربی، یک برنامه کامپیوتری به زبان فرترن نوشته شده که با دریافت مقدار کمیتهای اندازه گیری شده، توانایی تخمین مقدار طیفی اتلاف گذار سامانه صوتی را دارد.

در این پژوهش محفظه احتراق توربین گاز v94.2 از خروجی کمپرسور تا خروجی محفظه احتراق با استفاده از نرم افزار ansys cfx شبیه سازی شده است. در این شبیه‏سازی هندسه محفظه احتراق بطور دقیق رسم شده است. از آن جایی که این محفظه احتراق دارای 8 عدد برنر که به طور متقارن روی محفظه احتراق قرار گرفته اند، برای کاهش هزینه های سنگین اجرا و زمان یک هشتم محفظه احتراق مدل سازی شده است. برای مدل سازی اغتشاشی از مدل دو معادله ای realizable k-? و تشعشعی از مدل p-1 استفاده شده است. پس از بررسی مدل های احتراقی روی محفظه احتراق تنها مدلی که توانست احتراق را تشکیل بدهد، مدل اتلاف گردابه ای eddy dissipation بود. پس از استقلال حل از شبکه، با مقایسه دمای خروجی محفظه احتراق حاصل از حل عددی و نتایج تجربی، تطابق خوبی بین این دو نتیجه مشاهده شد. خطای حاصل از تحلیل 9 درصد بود. با بررسی تغییرات فشار هوای ورودی محفظه احتراق روی میدان جریان و دما مشخص گردید که افزایش فشار هوای خروجی کمپرسور تا حد 12 بار باعث خاموش شدن محفظه احتراق می شود. درنهایت با تغییر دمای ورودی سوخت مشخص گردید که با افزایش دمای سوخت گاز پروفیل دمای خروجی یکنواخت تر شده و میزان آلودگی نیز کاهش می یابد.

در پژوهش حاضر، بهینه سازی فنی- اقتصادی و امکان بازیابی حرارت، از گاز خروجی اگزوز توربین گازی v94.2 با استفاده از ریکوپراتور در چهار سناریو ارائه شده است. در مرحله اول تحلیل و مدلسازی سیکل ساده گازی v94.2با توجه به داده های اتاق کنترل نیروگاه گازی شیراز بررسی شده است، هزینه تمام شده برابر با 1288 ریال به ازای هر کیلو وات برق تولیدی و راندمان حرارتی برابر 30.07درصد و نرخ حرارت، به ازای هر کیلو وات ساعت برابر 11973 کیلو ژول است. در مرحله دوم: در سناریوی اول بهینه سازی فنی-اقتصادی با در نظر گرفتن محدودیت ها در ایران و در سناریوی دوم بهینه سازی فنی-اقتصادی با محدودیت های جهانی است. در سناریوی سوم، بهینه سازی فنی- اقتصادی سیکل با اضافه کردن ریکوپراتور به آن و با توجه به محدودیت های ایران بررسی شده است. در سناریوی چهارم نیزمانند سناریوی سوم بهینه سازی فنی-اقتصادی اثر افزودن ریکوپراتور با محدودیت های جهانی است. پس از آنالیز تآثیر پارامترهای ورودی بر توابع هدف و توابع وابسته، با اعمال محدودیت های هزینه، سناریوی برتر انتخاب شده است. نتایج حاصل از بهینه سازی سناریوی های ارائه شده، نشان می دهد، که با درنظر گرفتن هزینه ای ثابت، سناریوی چهارم بالاترین راندمان را به خود اختصاص داده است. با اعمال هزینه تمام شده 820.0 ریال به ازای هر کیلووات ساعت برق تولیدی راندمان حرارتی سناریوی چهارم برابر 38.32درصد محاسبه شده است، که به معنای افزایش نسبی 8.25 درصدی راندمان نیروگاه می باشد. انهدام اگزرژی سناریوی برتر در این حالت برابر 226.6 مگاوات و نرخ حرارت به ازای هر کیلو وات ساعت برابر 8931 کیلو ژول می باشد، که باتوجه به نرخ حرارتی 11973کیلوژول بر کیلو وات ساعت نیروگاه مبدآ، اثر افزودن ریکوپراتور به کمک سناریوی چهارم، موجب کاهش 25.40 درصدی نرخ حرارتی نیروگاه شده است.

شبیه سازی عددی یک پیل سوختی میکروفلویدیک توسط نرم افزار کامسول مالتی فیزیک و بررسی پارامتر های عملکردی آن.

در این مطالعه افزایش انتقال حرارت و افت فشار در اثر افزودن نانولوله های کربنی به آب خالص برای جریان آشفته و در شرایط شار دیواره ثابت به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش ها برای جریان آب خالص و نانوسیالات مختلف درون لوله های صاف و لوله های با سیم پیچ انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد که افزایش غلظت ذرات نانو و نسبت (e/d) و در عین حال کاهش پارامتر بی بعد (p/d)، سبب افزایش انتقال حرارت می گردد. همچنین به کار بردن لوله با سیم پیچ به جای لوله صاف، سبب افزایش نرخ انتقال حرارت و افت فشار سیال می گردد. علاوه بر این، جریان های نانوسیال افت فشار بیشتری را نسبت به سیال پایه در کلیه هندسه های به کار رفته از خود نشان دادند. در ادامه بر اساس داده های تجربی، روابطی برای پیش بینی عدد نوسلت و ضریب اصطکاک ارائه گردیده است. در پایان نیز با استفاده از پارامتر ارزیابی عملکرد، با در نظر گرفتن همزمان میزان افت فشار و افزایش انتقال حرارت، مشخص شد که استفاده همزمان از لوله با سیم پیچ و نانوسیال، روش بهینه تری نسبت به روش دیگر یعنی استفاده از سیم پیچ درون سیال پایه می باشد.