شبيه‌سازي عددي جريان دوبعدي در ژنراتور هيدروديناميك مغناطيسي مقطع ثابت فروصوت و بررسي اثر آن بر عملكرد سيكل تركيبي سه‌گانه

Numerical Simulation of a 2D Subsonic Constant Cross-Section MHD Generator and Investigating It’s Influence on Performance of Triple Combined Cycles

در تحقيق حاضر، شبيه‌سازي جريان هيدروديناميك مغناطيسي (s‏Magneto Hydro Dynamic‏‏) فروصوت در ژنراتور هيدروديناميك مغناطيسي صورت گرفته و اثر آن بر راندمان و توان الكتريكي سيكلِ تركيبي سه‌گانه بررسي شده است. يك كانال فارادي دوبعدي مقطع ثابت با الكترودهاي گسسته به‌عنوان ژنراتور ام.اچ.دي در نظر گرفته شده است. جريان ‏هيدروديناميك مغناطيسي پايا، تراكم‌پذير و با معادلات هيدروديناميك مغناطيسي پنج-معادله‌اي ايديال در نظر گرفته شده كه براي حل معادلات ناوير استوكس (Navier-Stokes)، از حل‌گر مبتني بر چگالي به‌ صورت ضمني و براي حل معادله پواسون (Poisson)، از روش پتانسيل الكتريكي استفاده شده است. سيكل تركيبي سه‌گانه پيشنهادي در تحقيق حاضر، شامل سيكل باز ژنراتور ام.اچ.دي به‌عنوان مولد بالادستي، سيكل توربين گاز به‌عنوان سيكل مياني و چرخه توربين بخار به‌عنوان سيكل پايين‌دستي است. يك كد براي روابط ترموديناميكي حاكم بر سيكل تركيبي سه‌گانه نوشته شده و عملكرد سيكل بر پايه ژنراتور ام.اچ.دي تجزيه و تحليل شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه براي ژنراتور ام.اچ.دي مقطع ثابت فروصوت حالت بهينه در ماخ 3/0 تا 4/0 تحت شدت ميدان مغناطيسي 4 تا 6 تسلا اتفاق مي‌افتد. نسبت استخراج آنتالپي ژنراتور ام.اچ.دي در ماخ 3/0 و شدت ميدان مغناطيسي 6 تسلا به 27/12 درصد مي‌رسد كه اين ژنراتور راندمان بهينه سيكل تركيبي سه‌گانه را با افزايش 7/22 درصدي نسبت‌به سيكل دوگانه فاقد ژنراتور ام.اچ.دي، به 59/63 درصد مي‌رساند.

In this research, Magneto-Hydro-Dynamic subsonic flow in a MHD generator has been simulated and its effect on efficiency and power generation of a triple cycle has been investigated. A 2D constant cross-section Faraday channel with segmented electrodes was used as MHD generator. MHD flow was assumed steady and compressible with ideal five-wave model MHD equations. Navier-Stokes equations were solved with an implicit density based method and the Poisson equation was solved by electric potential method. The suggested triple cycle consists of an open-cycle MHD as a topping cycle, gas turbine as the middle generator and steam turbine as bottoming cycle. A MATLAB code consists of the thermodynamic relations, governing the triple cycle behavior has been developed to analyze the performance of the combined cycle base on the MHD generator. Results showed that for a constant cross-section subsonic MHD generator, the maximum enthalpy extraction can be achieved for Mach numbers between 0.3 and 0.4 and the magnetic field between 4 and 6 Tesla. The enthalpy extraction of the MHD generator at Mach number of 0.3 and magnetic field of 6 Tesla increases up to 12.27%. Besides the optimum efficiency of 63.59% is achieved compared to the combined cycle without MHD generator, which was estimated almost 40.89%.