تحلیل و ارزیابی ترمودینامیکی پیشرفته و بهبود عملکرد چرخه‌های توربین گازی با میان‌خنک‌کننده و ریکوپراتور

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسندگان
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران
چکیده
توربین‌های گازی امروزه به‌عنوان پرکاربردترین نوع توربوماشین‌ها در صنایع مختلف از جمله تولید برق، نفت و گاز، نیروگاه‌های فرآیندی، هوافضا، صنایع دریایی و حتی برخی کاربردهای خانگی و کوچک‌مقیاس مورد استفاده گسترده قرار می‌گیرند. این چرخه‌ها که هسته اصلی سیستم‌های تولید توان و پیشرانش محسوب می‌شوند، همواره مورد توجه پژوهشگران بوده‌اند، زیرا بهینه‌سازی آن‌ها به‌طور مستقیم منجر به کاهش هزینه‌های عملیاتی، افزایش پایداری انرژی و کاهش اثرات زیست‌محیطی می‌شود. پارامترهای کلیدی در بهبود عملکرد این چرخه‌ها شامل افزایش راندمان حرارتی، راندمان اگزرژی، کاهش مصرف ویژه سوخت و کاهش انتشار دی‌اکسید کربن هستند. در این پژوهش، تحلیل ترمودینامیکی پیشرفته و مقایسه عملکرد چهار پیکربندی متمایز چرخه توربین گازی شامل چرخه برایتون پایه، چرخه مجهز به بازیاب حرارتی (ریکوپراتور)، چرخه مجهز به میان‌خنک‌کننده و چرخه ترکیبی میان‌خنک‌کننده و بازیابی با استفاده از کدنویسی در محیط متلب انجام شده است. در این تحلیل، تلفات فشار در اجزای مختلف، تغییر خواص سیال کاری از هوا به محصولات احتراق، و اثر افزایش جرم سوخت بر جریان خروجی بررسی شده‌اند. نتایج شامل محاسبه دقیق راندمان حرارتی، راندمان اگزرژی، مصرف ویژه سوخت، توان خروجی و میزان انتشار دی‌اکسید کربن برای هر چرخه بوده و با استفاده از نمودارهای T-s و P-v به‌صورت کمی و کیفی تحلیل شده‌اند. یافته‌ها نشان می‌دهند که استفاده همزمان از بازیاب و میان‌خنک‌کننده می‌تواند راندمان حرارتی را تا بیش از 45‌% و راندمان اگزرژی را تا حدود 39‌% افزایش داده و مصرف سوخت و انتشار کربن را به‌طور چشمگیری کاهش دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Advanced Thermodynamic Analysis and Performance Enhancement of Gas Turbine Cycles with Intercooler and Recuperator

نویسندگان English

Mostafa Zahedzadeh
Hadi Nemati Moghadam
Seyed Mostafa Hosseinalipour
Department of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology
چکیده English

Gas turbines are widely used today as the most widely used type of turbomachinery in various industries including power generation, oil and gas, process power plants, aerospace, marine industries and even some domestic and small-scale applications. These cycles, which are considered the core of power generation and propulsion systems, have always been of interest to researchers because their optimization directly leads to reduced operating costs, increased energy sustainability and reduced environmental impacts. Key parameters in improving the performance of these cycles include increased thermal efficiency, exergy efficiency, reduced specific fuel consumption and reduced carbon dioxide emissions. In this study, advanced thermodynamic analysis and performance comparison of four distinct gas turbine cycle configurations including the basic Brayton cycle, the cycle equipped with heat recovery (recuperator), the cycle equipped with intercooler and the combined cycle of intercooler and recovery have been carried out using coding in the MATLAB environment. In this analysis, pressure losses in various components, changes in working fluid properties from air to combustion products, and the effect of increasing fuel mass on the outlet flow have been investigated. The results include accurate calculations of thermal efficiency, exergy efficiency, specific fuel consumption, output power, and carbon dioxide emission for each cycle and have been analyzed quantitatively and qualitatively using T-s and P-v diagrams. The findings show that the simultaneous use of recuperator and intercooler can increase thermal efficiency by more than 45% and exergy efficiency by about 39%, and significantly reduce fuel consumption and carbon emissions.

کلیدواژه‌ها English

Gas Turbine
Brayton Cycle
Recuperator
Intercooler
Thermodynamic Modeling

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 02 اسفند 1404

  • تاریخ دریافت 15 آبان 1404
  • تاریخ بازنگری 13 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 02 اسفند 1404
  • تاریخ اولین انتشار 02 اسفند 1404
  • تاریخ انتشار 02 اسفند 1404