ارزيابي سيكل تركيبي برگشت‌ناپذير بر اساس معيار توان بيشينه در ترموديناميك زمان محدود

Evaluation combined cycle irreversible on the criteria of maximum power in finite time thermodynamics

يكي از مهم‌ترين دستاوردهاي كارنو ايجاد يك محدوديت براي موتورهاي حرارتي بوده است، اين محدوديت، معياري براي سنجش و مقايسه عملكرد موتورهاي حرارتي است. ترموديناميك كلاسيك به‌صورت جامع به فرايندهاي برگشت‌پذير و تعادلي مي‌پردازد، اما اثرات پديده‌هاي انتقال را ناديده مي‌گيرد، درحالي‌كه فرايندهاي واقعي برگشت‌ناپذير و داراي محدوديت‌هاي زمان و اندازه هستند، نكته ديگر اين است كه همه‌ي فرايندهاي واقعي، برگشت‌ناپذير هستند. از سوي ديگر ارتباط بسيار نزديك ترموديناميك، مكانيك سيالات و انتقال حرارت باعث شده است، ترموديناميك از تحليل تئوري به سمت تحليل جامع و حقيقي حركت كند. در اين مطالعه به تحليل سيكل تركيبي برگشت‌ناپذير در ترموديناميك زمان محدود پرداخته‌ شده است. سيكل تركيبي مورد مطالعه از دو سيكل برگشت‌پذير داخلي و سه منبع حرارتي تشكيل‌شده است. برگشت‌ناپذيري در مرزهاي سيستم، بين زيرسيستم‌ها، منابع و چاه حرارتي اتفاق افتاده است. با حل معادلات جبري توان كل بي‌بعد و بازده بر حسب متغيرهاي بي‌بعد بدست ‌آمده است، براي حل معادلات جبري از كد نويسي نرم‌افزار متلب استفاده ‌شده است. درنهايت بازده حرارتي و توان كل بي‌بعد به صورت تابعي از دماي منابع حرارتي، دماي سيال عامل و هدايت‌ حرارتي بدست ‌آمده است. همچنين اثرات هر يك از متغيرهاي بي‌بعد تعريف‌شده نسبت به توان كل بي‌بعد و بازده مورد بررسي قرارگرفته است. در اين پژوهش از مطالعه پارامتري به‌ عنوان معياري براي بهبود سيكل تركيبي برگشت‌ناپذير در ترموديناميك زمان محدود استفاده‌شده است. علاوه بر اين، نتايج بهينه سازي نشان داده است كه بيشينه توان كل بي‌بعد و بازده حرارتي مرتبط به آن به ترتيب برابر با 0.086102 و %47.81 است.

One of the most important achievements of the Carnot was creating a limit for heat engines; this limitation is a criterion for measuring and comparing the performance of heat engines. Classical thermodynamics studies completely the equilibrium and reversible processes but transfer phenomena effects have been ignored, while in the real irreversible process, there are finite time processes and finite size systems. On the other hand, the close relationship between thermodynamics, fluid mechanic and heat transfer has caused thermodynamics to move from theoretical analysis toward a comprehensive and real analysis. Another point is that all the practical processes are irreversible. This study analyzed the irreversible combined cycle in finite time thermodynamics. The combined cycle studied consists two endoreversible cycles and three thermal sources. The irreversibility has occurred between the subsystems and the thermal sources and sink on the system boundaries. By solving algebraic equations, obtained dimensionless total power and efficiency were calculated based on dimensionless variables. The MATLAB programming code is used to solve algebraic equations .Finally, it is obtained that the thermal efficiency and dimensionless total power functions of the heat sources temperature, working fluid temperature and thermal conductance. Also, the effects of each dimensionless variable were investigated to the proportion of dimensionless total power and efficiency .In this study, the parameter study has been used for improving the irreversible combined cycle in the finite time thermodynamics. In addition, Optimization results have shown that the maximum dimensionless total power and thermal efficiency associated with it are 0.086102 and 47.81%, respectively.