بهینه سازی چرخه آلی رانکین به منظور بازیابی گرمای اتلافی موتور سه استوانه پرخوران بنزینی

در خودرو های سواری رایج، بیشترین هدر رفت انرژی از دو منبع دود راهگاه خروجی و سامانه خنک کننده موتور صورت می گیرد. مقاله حاضر با تمرکز بر این دو منبع گرمایی، عملکرد یک سامانه بازیابی گرمای اتلافی مبتنی بر چرخه آلی رانکین (چار)، در بازیافت انرژی اتلافی از موتور بنزینی یک خودروی سواری را بررسی کرده است. هدف از این پژوهش یافتن شرایط کاری بهینه چار و انتخاب بهترین سیال کاری به منظور استحصال بیشینه توان خالص خروجی از چرخه بازیابی است. برای دستیابی به این مقصود، الگوی ترمودینامیکی پایا و صفر بعدی سامانه چار مبنا در نقطه ای از نقشه عملکرد موتور به عنوان نقطه معیار، که از شبیه سازی کارکرد خودرو بر اساس چرخه استاندارد رانندگی شهری بدست آمده، در نرم افزار ترموفلکس طراحی گردید. با در نظر گرفتن گستردگی تعداد و تنوع سیالات کاری، ۲۳ سیال عامل اعم از سیالات خالص و مخلوط ارزیابی شدند، و همچنین شرایط کاری بهینه سامانه مبنا با در نظر گرفتن شار جرمی سیال عامل، نقطه طراحی چگالنده و فشار کاری گردا و چگالنده به عنوان متغیرهای طراحی برای هر ماده کاری از طریق بهینه سازی آن با روش سیمپلکس داونهیل استخراج گردید. در انتها با در اختیار داشتن داده های آزمایشگاهی برای ۳۲۰ نقطه از نقشه کاری موتور، کارآیی چرخه مبنای بهینه شده در ترکیب با تمام منطقه عملکرد موتور ارزیابی شد. نتایج نشان داد بیشترین توان خالص استحصالی، از سیالات R۵۰۷a ، R۴۱۰a و R۱۲۵ بدست آمده است، که بیانگر عملکرد بهتر مخلوط های زئوتروپیک و آزئوتروپیک در بازیابی گرمای اتلافی موتور با چار است و در بهترین حالت در مناطق کم بار ۲،۶ کیلووات در منطقه اوج کارایی گرمایی ۶،۶ کیلووات توان خالص از چرخه استحصال شد.

کلیدواژه ها:

Waste Heat Recovery ، Optimization of energy consumption ، Organic Rankine Cycle ، Downhill simplex method ، Turbocharged Internal Combustion Engine ، بازیابی گرمای اتلافی ، بهینه سازی مصرف انرژی ، چرخه آلی رانکین (چار) ، روش سیمپلکس داونهیل ، موتور احتراق داخلی پرخوران