تحلیل و بهینه سازی ترمودینامیکی و اگزرژواکونومیکی چرخه گکس استاندارد آمونیاک- آب

صابری مهر, علی; ادیبی, توحید

تحلیل و بهینه سازی ترمودینامیکی و اگزرژواکونومیکی چرخه گکس استاندارد آمونیاک- آب

نوع مقاله : گرایش پیشرانش و انتقال حرارت

نویسندگان

دانشگاه بناب

چکیده

در این مقاله، چرخه تبرید جذبی گکس استاندارد از لحاظ ترمودینامیکی و ترمواکونومیکی مورد بررسی قرار گرفته و بهینه سازی آن با هدف به دست آوردن بیشترین مقدار ضریب عملکرد ( یا بازده اگزرژی) یا کمترین مقدار هزینه محصول انجام شد. با نوشتن معادلات بالانس جرمی، انرژی و اگزرژی برای اجزای مختلف سیستم، تحلیل ترمودینامیکی سیستم انجام می شود و با حل همزمان معادلات بالانس اگزرژی – اقتصادی که برای تک تک اجزای سیستم اعمال شده است، آنالیز اقتصادی سیستم تحلیل خواهد شد. با تعریف قوانین اول و دوم ترمودینامیک و همچنین تعریف هزینه واحد اگزرژی محصول نهایی سیستم مورد نظر تحلیل و بهینه سازی می گردد. در سیستم طرح شده، برای بهینه سازی سیستم، پارامترهای کلیدی سیستم، دمای ژنراتور، دمای کندانسور و اختلاف غلظت محلول غلیظ و رقیق به عنوان متغیر های بهینه سازی انتخاب می شوند. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که در مقایسه با حالت بهینه ترمودینامیکی( بالاترین ضریب عملکرد و یا بازده اگزرژی)، کمترین مقدار هزینه واحد محصول در دمای ژنراتور پایین‌تری، به دست می‌آید. نتایج بهینه سازی حاکی از این است که در شرایط کمترین مقدار هزینه واحد محصول، ضریب عملکرد و بازده قانون دوم به ترتیب 602/0 و 508/0بدست می آید که این معیارهای عملکردی در مقایسه با مقادیر ماکزیمم آنها به ترتیب 2/57% و 35/57% کمتر است.

کلیدواژه‌ها

dor:20.1001.1.26455323.1399.16.3.2.0

عنوان مقاله [English]

Thermodynamic and exergoeconomic analysis and optimization of a Standard ammonia-water generator-absorber heat exchange (GAX) based absorption refrigeration cycle

نویسندگان [English]

Ali Saberi Mehr
Tohid Adibi

University of Bonab

چکیده [English]

In this article, a standard GAX absorption refrigeration cycle is investigated from the viewpoints of thermodynamics and thermos economics and its optimization is performed with the aim of obtaining maximum COP (or maximum exergy efficiency) or minimum unit product cost. The thermodynamic analysis of this system is done by applying the mass, energy and exergy balance equations on different components of the system, and its economic analysis is performed by solving simultaneously, the exergy-economics equations for each of the system components. The system is analyzed and optimized by defining the first and second laws of thermodynamics and also defining the unit exergy cost of the product. The key parameters selected as optimization parameters for the proposed system are the generator temperature, the condenser temperature and the degassing range (the difference between densities of the strong solution and that of the weak solution). Results indicate that in comparison with the thermodynamically optimized condition (maximum COP or exergy efficiency), minimum unit product cost is obtained at a lower generator temperature. Optimization results show that at minimum unit product cost, COP and 2^nd law efficiency are calculated to be 0.602 and 0.508, which are 57.2% and 57.35% less in comparison with their maximum values, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

absorption refrigeration
GAX cycle
exergoeconomics
ammonia-water
COP

مراجع

[1] C.P. Jawahar, R. Saravanan, Generator Absorber Heat Exchange Based Absorption Cycle—a Review, Renewable and Sustainable Energy Reviews. 14 (2010) 2372-2382, https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.05.002.##

[2] N. Velázquez, R. Best, Methodology for the Energy Analysis of an Air Cooled Gax Absorption Heat Pump Operated by Natural Gas and Solar Energy, Applied Thermal Engineering. 22 (2002) 1089-1103, https://doi.org/10.1016/S1359-4311(02)00028-5.##

[3] W.T. Hanna, W.H. Wilkinson, J.H. Saunders, D.B. Phillips, Pinch-Point Analysis: An Aid to Understanding the Gax Absorption Cycle, United States. 1995##

[4] Y.T. Kang, T. Kashiwagi, An Environmentally Friendly Gax Cycle for Panel Heating: Pgax Cycle, International Journal of Refrigeration. 23 (2000) 378-387, https://doi.org/10.1016/S0140-7007(99)00069-9.##

[5] D. Zheng, W. Deng, H. Jin, J. Ji, Α–H Diagram and Principle of Exergy Coupling of Gax Cycle, Applied Thermal Engineering. 27 (2007) 1771-1778, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2007.01.003.##

[6] P. Srikhirin, S. Aphornratana, S. Chungpaibulpatana, A Review of Absorption Refrigeration Technologies, Renewable and Sustainable Energy Reviews. 5 (2001) 343-372, https://doi.org/10.1016/S1364-0321(01)00003-X.##

[7] M. Yari, A. Zarin, S.M.S. Mahmoudi, Energy and Exergy Analyses of Gax and Gax Hybrid Absorption Refrigeration Cycles, Renewable Energy. 36 (2011) 2011-2020, https://doi.org/10.1016/j.renene.2011.01.004.##

[8] R.D. Misra, P.K. Sahoo, A. Gupta, Thermoeconomic Evaluation and Optimization of an Aqua-Ammonia Vapour-Absorption Refrigeration System, International Journal of Refrigeration. 29 (2006) 47-59, https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2005.05.015.##

[9] J. Rossa, E. Bazzo, Thermodynamic Modeling of an Ammonia-Water Absorption System Associated with a Microturbine, International Journal of Thermodynamics. 12 (2009) 10.5541/ijot.236.##

[10] J. Ahrendts, Reference States, Energy. 5 (1980) 666-677, https://doi.org/10.1016/0360-5442(80)90087-0.##

[11] O. Arslan, Exergoeconomic Evaluation of Electricity Generation by the Medium Temperature Geothermal Resources, Using a Kalina Cycle: Simav Case Study, International Journal of Thermal Sciences. 49 (2010) 1866-1873, https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2010.05.009.##

[12] V. Zare, A. Moalemian, Parabolic Trough Solar Collectors Integrated with a Kalina Cycle for High Temperature Applications: Energy, Exergy and Economic Analyses, Energy Conversion and Management. 151 (2017) 681-692, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.09.028.##

[13] V. Zare, S.M.S. Mahmoudi, M. Yari, On the Exergoeconomic Assessment of Employing Kalina Cycle for Gt-Mhr Waste Heat Utilization, Energy Conversion and Management. 90 (2015) 364-374, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.11.039.##

[14] A. Ramesh Kumar, M. Udayakumar, Simulation Studies on Gax Absorption Compression Cooler, Energy Conversion and Management. 48 (2007) 2604-2610, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2007.03.013.##

[15] A.S. Mehr, M. Yari, S.M.S. Mahmoudi, A. Soroureddin, A Comparative Study on the Gax Based Absorption Refrigeration Systems: Sgax, Gaxh and Gax-E, Applied Thermal Engineering. 44 (2012) 29-38, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.03.033.##

[16] B.H. Gebreslassie, M. Medrano, D. Boer, Exergy Analysis of Multi-Effect Water–Libr Absorption Systems: From Half to Triple Effect, Renewable Energy. 35 (2010) 1773-1782, https://doi.org/10.1016/j.renene.2010.01.009.##

[17] A. Bejan, Tsatsaronis, G., Moran, M.,, Thermal Design and Optimization, John Wiley and Sons Inc, New York, 1996.##

[18] L.S. Vieira, J.L. Donatelli, M.E. Cruz, Exergoeconomic Improvement of a Complex Cogeneration System Integrated with a Professional Process Simulator, Energy Conversion and Management. 50 (2009) 1955-1967, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2009.04.020.##

[19] R.D. Misra, P.K. Sahoo, S. Sahoo, A. Gupta, Thermoeconomic Optimization of a Single Effect Water/Libr Vapour Absorption Refrigeration System, International Journal of Refrigeration. 26 (2003) 158-169, https://doi.org/10.1016/S0140-7007(02)00086-5.##

[20] V. Zare, S.M.S. Mahmoudi, M. Yari, M. Amidpour, Thermoeconomic Analysis and Optimization of an Ammonia–Water Power/Cooling Cogeneration Cycle, Energy. 47 (2012) 271-283, https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.09.002.##

[21] Y. Wang, N. Lior, Thermoeconomic Analysis of a Low-Temperature Multi-Effect Thermal Desalination System Coupled with an Absorption Heat Pump, Energy. 36 (2011) 3878-3887, https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.09.028.##

[22] B.H. Gebreslassie, G. Guillén-Gosálbez, L. Jiménez, D. Boer, Design of Environmentally Conscious Absorption Cooling Systems Via Multi-Objective Optimization and Life Cycle Assessment, Applied Energy. 86 (2009) 1712-1722, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2008.11.019.##