نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی سیستم‌های انرژی دانشکده علوم دریایی محمود آباد، دانشگاه صنعت نفت

2 استادیار مهندسی سیستم‌های انرژی دانشکده علوم دریایی محمود آباد، دانشگاه صنعت نفت

3 استادیار مهندسی مکانیک دانشکده مهندسی فناوری‏های نوین، دانشگاه تخصصی فناوری‌های نوین آمل

4 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک دانشگاه علوم دریایی امام خمینی (ره) نوشهر

5 دانشجوی دکتری گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی

چکیده

در مقاله حاضر سیکل تولید توان موتور چهارزمانه دیزل دریایی مورد مطالعه و تحلیل ترمودینامیکی قرار می‏گیرد. در این راستا، پس از مدل‏سازی سیکل کلی، اجزای مختلف آن از دیدگاه قانون اول و دوم ترمودینامیک مورد تحلیل و بررسی قرار می‏گیرند تا مشخص شود هر یک از اجزا چه تاثیری در عملکرد سیکل دارند و چگونه می توان کارایی آن‏ها را افزایش داد. همچنین تاثیر دمای هوای محیط بر عملکرد موتور مورد بررسی قرار گرفته ‏است تا دمای مناسب برای فرایند احتراق و عملکرد موتورمشخص شود. نتایج مدل‏سازی مقاله حاضر با داده‏های تجربی موجود مقایسه شده ‏است که هم خوانی خوب بین نتایج، تاییدی بر صحت مدل‏سازی انجام شده می‏باشد. نتایج حاصل نشان می‏دهد که بهترین عملکرد از هر دو دیدگاه قانون اول و دوم ترمودینامیک متعلق به توربین به ترتیب به میزان ۸۶ درصد و ۸۸ درصد می‏باشد. همچنین کمترین عملکرد از دیدگاه قانون دوم متعلق به خنک‏کن میانی به میزان ۶۵/۳۶ درصد و از دیدگاه قانون اول متعلق به موتور دیزل به میزان ۴۵ درصد می باشد. بیشترین و کمترین تخریب اکسرژی نیز به ترتیب در موتور دیزل به میزان ۵۴/۸۵ درصد و در مبدل روغن به میزان ۵۱/۰ درصد روی می‏دهد. در حدود ۳۲ درصد از انرژی ورودی سوخت نیز در درون گازهای خروجی اگزوز باقی می‏ماند. با توجه به تحلیل نتایج می‏توان گفت که موتور دیزل، مبدل خنک‏کن میانی و گازهای خروجی از اگزوز بهترین اجزا برای بهبود عملکرد سیکل می‏باشند. در انتها با توجه به نتایج بدست آمده راه کارهایی برای کاهش میزان اتلافات و استفاده مجدد از حرارت اتلافی ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Energy and exergy analysis of marine diesel engine power cycle to reduce losses by considering the effect of ambient temperature

نویسندگان [English]

  • ٍS. M Momeni 1
  • gh Salehi 2
  • M Eshagh Nimvari 3
  • Y Aghdod chaboki 4
  • N Koosha 5

1 Energy System Department, Petroleum University, Mahmoudabad, Iran

2 petroleum university of technology

3 Amol new technology university

4 m. resurture/navy

5 .

چکیده [English]

In the present study, the four-stroke marine diesel engine power generation cycle is studied and thermodynamic analysis is carried out. First and second law of thermodynamics analyzes have been on different components of the cycle in order to determine the effect of each components on the cycle performance and to improve the effeciency of them. Also, the effect of ambient air temperature on engine performance has been studied to determine the effect of temperature on engine performance during the combustion process. This model results have been compared with the experimental data, good agreement between the results confirmed the accuracy of the present model. The results show that turbine has the best performance of the first and second law of thermodynamic efficiency. Charge air cooler has the lowest efficiency of second low about 36.65%, and the diesel engine efficiency is 45%. The highest exergy destruction is occurred in the diesel engine about 85.54% and lowest exergy destruction is occurred in the oil cooler exchanger about 0.51 %. About 32 percent of the fuel energy remains in the exhaust gases. According to the results, the diesel engine, charge air cooler and exhaust gases are the best components for improving cycle performance. Finally, based on the results, diffrent ways have been suggested to reduce losses and waste heat.

کلیدواژه‌ها [English]

  • marine diesel engine
  • energy
  • Exergy
  • Efficiency

[1] Baldi, F., and Gabrielii, C., “A Feasibility Analysis of waste Heat Recovery Systems for Marine Applications”, Energy, Vol.80, pp.654–665, 2015.

[2] Marine Enviromental Protection Committee, Second IMO GHG Study 2009, Update of the 2000 IMO GHG Study, Final report, No. IMO MEPC 59/INF.10, International Maritime Organization, London, UK, April 2009.

[3] Pierre, M., Jean-François, H., “David Chalet and Philippe Corrignan, Exergy Analysis of Complex Ship Energy Systems”, Entropy, Vol.18, No.127, 2016.

[4] Kotas, T.J., “The Exergy Method of Thermal Plant Analysis”, Butterworths-Exergon publishing, 2012.

[5] Michalski, T., “The Application Of the Exergetic Analysis
in Designing of Waste Energy Recovery System in Marine Diesel Power Plants”, journal of Polish Cimac, Vol.13, pp.17-25, 2013.

[6] Baldi, F., Ahlgren, F., Nguyen, T.V., Gabrielii, C. and Andersson, K., “Energy and Exergy Analysis of a Cruise Ship”, The 28th ECOS, International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems, 2015.

[7] Baldi, F., Johnson, H., Gabrielii, C. and Andersson, K., “Energy and Exergy Analysis of Ship Energy Systems the Case Study of a Chemical Tanker”. 27th ECOS, International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems, 2014.

[8] Kanoglu, M., Isik, S.K., and Abusoglu, A., “Performance Characteristics of a Diesel Engine Power Plant”. Energy Conver. Manage., Vol.46, pp.1692-1702, 2005.

[9] Abusoglu, A., Kanoglu, M., “First and Second Law Analysis of Diesel Engine Powered Cogeneration Systems”. Energy Conver. Manage., Vol.49, pp.2026-2031, 2008.

[10] Shi, W., Grimmelius, H.T., and Stapersma, D., “Analysis of Ship Propulsion System Behaviour and the Impact on Fuel Consumption,” Int. Shipbuild., Vol.57, No.1– 2, pp.35–64, 2010.

[11]Jafarmadar, S., and Nemati, P. "Multi-dimensional Modeling of the Effect of Exhaust Gas Recirculation on Exergy Terms in a Homogenous Charge Compression Ignition Engine Fueled by Diesel/biodiesel”, Journal of Cleaner Production, Vol.161, pp.720-734, 2017.

[12] Balaji, R. and Yaakob, O., “An Analysis of Shipboard Waste Heat Availability for Ballast Water Treatment,” Proc. Inst. Mar. Eng. Sci. Technol. Part A J. Mar. Eng. Technol., Vol.11, No.2, pp.15–29, 2012.

 [13] Zaili, Z. and Zhaofeng, Y., “Exergy Analysis of Ship Main Propulsion Plant Integrated Energy System,” Proceedings of the International Conference on Technology Management and Innovation. Wuhan, China, 2010.

[14] Koroglu, T., Sogut, O. S., “Advanced Exergy Analysis of an Organic Rankine Cycle Waste Heat Recovery of a Marine Power Plant”, Journal of Thermal Engineering, Vol.3, No.2, pp.1136-1148, 2017.

[15] Shu, G., Liang, Y., Wei, H. , Tian, H., Zhao, J., and Liu L., “A Review of Waste Heat Recovery on Two-Stroke IC Engine Aboard Ships”, Enewable and Sustainable Energy Reviews”, Vol.19, pp.385–401, 2013.

[16] Woodyard, D., Pounder's Marine Diesel Engines and Gas Turbines, 9th Edition, Wheeler Road, Burlington, 2009.

[17] Caterpillar Marine Power Systems, Mak M32C 3000 kw, Project Guide Propulsion, July 2005.

[18] Van Wylen, G.J., Sonntag, R.E., and Borgnakke, C., “Fundamentals of Thermo-dynamics”, N.Y, 6th Ed.-John Wiley & Sons, Inc. 2002.

[19] Bejan, A., “Advanced Engineering Thermo-dynamics”. N. Y, 3rd Ed- John Wiley and Sons, Inc., 2006.

[20] Brzustowski, T.A., Brena, A, “Second Law Analyses of Energy Processes”, Trans. Can. Soc. Mech. Engr., Vol.10, pp.121-128, 1986.