تحليل ترموديناميكي چرخه تركيبي توليد سه گانه با محرك موتور اشتعال تراكمي مخلوط همگن

Thermodynamic Analysis of a Tri-generation Cycle with HCCI Engine as Prime Mover

يك چرخه ترموديناميكي توليد سه‌گانه متشكل از يك موتور اشتعال تراكمي مخلوط همگن (HCCI) و چرخه توليد همزمان توان-تبريد جذبي آب و آمونياك معرفي و مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. در اين چرخه از انرژي گازهاي خروجي از موتور براي راه اندازي چرخه توليد همزمان استفاده مي‌شود. همچنين از حرارت آب خنك‌كاري موتور مي‌توان براي مصارف مسكوني استفاده كرد. به منظور مدلسازي ترموديناميكي موتور HCCI از مدل احتراقي تك منطقه‌اي با سينتيك شيميايي استفاده شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه با افزايش نسبت فشار تلمبه در چرخه توليد همزمان، ظرفيت سرمايشي اين چرخه كاهش يافته، بازده قانون اول آن افزايش يافته و مقدار بيشينه‌اي براي بازده قانون دوم به دست مي‌آيد. همچنين مشاهده مي‌شود كه در چرخه توليد سه‌گانه، موتور بيشترين سهم را در نابودي اگزرژي به خود اختصاص مي‌دهد. در شرايط غلظت آمونياك 4/0 در خروجي جاذب چرخه توليد همزمان و در دماي محيط C°25، بيشينه مقدار بازده اگزرژي اين چرخه در نسبت فشار تلمبه 486/9 رخ مي‌دهد كه در اين شرايط نرخ صرفه جويي در مصرف انرژي و مقدار درصد كاهش نشر گاز گلخانه‌اي CO2 به ترتيب برابر 97/27 درصد و 8/4 درصد است. نتايج همچنين نشان مي‌دهند كه بازده اگزرژي چرخه توليد سه‌گانه ارايه شده نسبت به بازده اگزرژي موتور 4/5 درصد افزايش مي‌يابد.

A tri-generation cycle consisting of a homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine and an ammonia-water absorption cogeneration cycle are proposed and analyzed. The energy of engine exhaust gases are utilized to run absorption cogeneration cycle. Also the energy of cooling water can be used in residential applications. A single zone model with capability to consider chemical kinetic calculations is developed for the HCCI engine. The results show that increasing the pump pressure ratio of the cogeneration cycle causes a decrease in the refrigeration output and an increase in first law efficiency. At a particular value of this pressure ratio the second law efficiency is maximized. It is shown that the contribution of engine in the total exergy destruction in the tri-generation system is much higher than those of the other components. With an ammonia concentration of 0.4 in the solution leaving the absorber and with an ambient temperature of 25oC, the maximum exergy efficiency occurs when the pump pressure ratio is 9.486. At this condition, the fuel energy saving ratio and CO2 emission reduction are 27.97% and 4.8%, respectively. It is also shown that the second law efficiency of the tri-generation system is 5.4% higher than the second law efficiency of the HCCI engine.