امروزه با توجه به ویژگی های منحصر به فرد سیستم های تولید همزمان برق، حرارت و سرما در مقیاس خیلی کوچک (mcchp) نظیر راندمان بالا، کاهش آلودگی های زیست محیطی و تاثیرگذاری عمده در کاهش تلفات سیستم های انتقال، این سیستم ها به سرعت در واحدهای مسکونی در حال افزایش می باشند. اکثر مطالعات انجام شده در زمینه طراحی سیستم های تولید همزمان از نقطه نظر اقتصادی بدون در نظر گرفتن انرژی مصرفی و مسائل زیست محیطی مورد بررسی قرار گرفته است. سیستم cchpمی تواند بر اساس معیارهای مختلف از جمله: اقتصادی، مقدار انرژی ذخیره شده و انتشار آلاینده های زیست محیطی طراحی و بهره برداری شود. با توجه به اینکه طراحی و بهره برداری بهینه سیستم با استفاده از یک معیار ممکن است از نقطه نظر معیارهای دیگر بهینه نباشد بدین منظور در این پایان نامه طراحی و بهره برداری بهینه از سیستم cchp با در نظر گرفتن هر سه معیار انجام شده و برای اینکار شاخص فاکتور ظرفیت(pfi) تعریف شده است. سیستم cchp می تواند به صورت تامین انرژی با اولویت تامین برق(fel)، تامین انرژی با اولویت تامین حرارت(ftl)، تامین انرژی با اولویت تامین برق حرارت به صورت هیبرید (hetc) و یا در استراتژی کارکرد پیوسته(fetc) مورد بهره برداری قرار گیرد. هدف اصلی از انجام این پروژه ارائه مدل ریاضی برای بهره برداری بهینه از سیستم تولید همزمان از نقطه نظر هر سه معیار می باشد. اما با توجه به اینکه محرک های اولیه مورد استفاده در mcchp، موتور گازسوز، میکروتوربین، پیل سوختی و موتور استرلینگ می باشد و سیستم cchp اجزای دیگری (بویلر کمکی، چیلر جذبی و مخزن ذخیره ساز حرارتی) نیز دارد لذا ابتدا پیکر بندی سیستم cchp پیشنهاد می گردد و هر کدام از پیکر بندی ها به صورت یک سناریو در نظر گرفته می شود. در این مطالعه برای یک آپارتمان واقع در تهران با به دست آوردن بار حرارتی، سرمایی و الکتریکی و با ارزیابی اقتصادی، قیمت تمام شده برق تولیدی (coe) برای سناریوهای مختلف در استراتژی-های مختلف تعیین شده است. coe با هدف ماکزیمم کردن خالص یکنواخت سالانه بدست آمده است. با آنالیز انرژی، نسبت انرژی اولیه و انرژی اولیه صرفه جویی شده سناریوهای مختلف در استراتژی های مختلف بدست آمده است و همچین سناریو برتر با در نظر گرفتن معیار کاهش مقدار دی اکسید کربن منتشر شده بدست آمده است و در نهایت با در نظر گرفتن هر سه معیار (با استفاده از شاخص pfi) پیکر بندی بهینه، و استراتژی برتر انتخاب شده است. مسئله بهینه سازی با استفاده از روش حل غیر خطی آمیخته با عدد صحیح و به کمک نرم افزار gams حل شده است. نتایج نشان می دهد: اگر معیار بهینه سازی کاهش coe باشد سناریو برتر استفاده از موتور گازسوز و بهره برداری آن در استراتژی fetc می باشد. اگر معیار بهینه سازی کاهش انرژی مصرفی سایت باشد سناریو برتر استفاده از پیل سوختی و بهره برداری آن در استراتژی ftl می باشد. و اگر معیار بهینه سازی کاهش دی اکسید کربن منتشر شده باشد سناریو برتر استفاده از موتور استرلینگ و استراتژی کاری آن ftl می باشد. و اگر معیار بهینه سازی pfi باشد استفاده از موتور گاز و بهره-برداری آن در استراتژی ftl سناریور برتر خواهد بود.

با هدف انجام پروژه ای صنعتی و تلفیق علم و تجربه، موضوع کار انتخاب شد. در واقع سیستم خنک کاری روغن یاتاقان های گاید و تراست گرمکن هوا با گازهای خروجی (مبدل یانگستروم) در نیروگاه شازند،از نوع سیال عامل گاز فرئون r22 یا r12 بوده و هزینه تعمیر و نگهداری تجهیزات جانبی آن، بسیار بالا می باشد. از سوی دیگر پیچیدگی این سیستم باعث بروز مشکلات بهره برداری می باشد و در کنار پیچیدگی سیستم کنترل، ریسکهای زیادی نیز به همراه دارد. لذا نتیجه بدست آمده از روند تحقیق و بررسی مشکلات و راهکارها، تحت عنوان تعویض نوع خنک کن روغن از مبدلی با سیکل تبرید به مبدل پوسته و لوله، مطرح می باشد. به این منظور تحقیقی کلی راجع به انواع مبدل های پوسته و لوله، بعمل آمده است و به بررسی تعدادی از تئوری های معتبر در طراحی آنها پرداخته شده است. در این بین نقاط ضعف و قوت تئوری ها، مورد توجه قرار دارد و سعی پروژه بر این است تا با ارائه راهکاری جدید به رفع نقط ضعف روش اختلاف دمای متوسط لگاریتمی (lmtd)، پردازد. از طرفی روش bell بعنوان روشی معتبر در طراحی، برای مقایسه با حل عادی مسئله و حل از طریق راهکار ارائه شده پروژه، مورد استفاده قرار داده می شود. البته پروژه از حل نرم افزاری نیز بهره می برد و از نرم افزار aspen b-jac نیز برای حل کمک می گیرد. کلید واژه: مبدل پوسته و لوله، مبدل سیکل تبرید، نقط ضعف روش متوسط لگاریتمی اختلاف دما (lmtd)، ارائه راهکار جدید در طراحی مبدل، نرم افزار aspen b-jac.

همچنین به نظر می رسد بررسی دقیق پارامتر های انتقال حرارت جابجایی نیز در ناحیه توسعه نیافته که در تمامی مبدل های حرارتی کاربرد دارد ، مسئله مهم و کارآمدی باشد . چرا که در صورت مطالعه دقیق پارامتر های فوق و در صورت امکان پیدا کردن راهکاری برای افزایش توسعه نیافتگی حرارتی که موجب افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی و به موجب آن افزایش انتقال حرارت جابجایی می شود ، می توان با بررسی تاثیر آن در کل لوله های مبدل های حرارتی ، به کاهش حجم مبدل در ازای مقدار ظرفیت افزایش یافته پرداخت.