شبیه سازی کمپرسورهای رفت و برگشتی دو مرحله‌ای گاز طبیعی بر پایه معادله حالت AGA8

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

در این مطالعه، کمپرسور رفت و برگشتی دو مرحله ای  گاز طبیعی با استفاده از مدل گاز ایده ­ال و واقعی شبیه سازی شده است.  برای این منظور، مدل ­سازی صفر بعدی بر حسب زاویه لنگ توسعه داده شد. برای مدل­ سازی، قانون اول ترموینامیک و بقای جرم برای حجم‌ های کنترل گوناگون شامل محفظه های سیلندر، محفظه­ های ورودی و محفظه­ های خروجی همراه با معادله ­های حرکت پیستون و سوپاپ، معادله شدت جریان جرمی از درون ارفیس و سوپاپ، و همچنین معادله­ های انتقال گرمای مبدل میانی مورد استفاده قرار گرفت.  برای محاسبه ویژگی­ های ترمودینامیکی در مدل گاز واقعی از معادله حالت AGA8 استفاده شده است. نتیجه ­های به دست آمده از این مدل­ سازی برای یک کمپرسور هوا با استفاده از نتیجه ­های پژوهش ­های گذشته مقایسه و اعتبار بخشی شد. سپس به بررسی تأثیر استفاده از مدل گاز واقعی بر پیش بینی رفتار و پارامترهای کارایی کمپرسور دو مرحله‌ای گاز طبیعی پرداخته شد. فشار ورودی و خروجی این کمپرسور به ترتیب 122/4 و 795/9 مگاپاسکال می‌باشند. نتیجه­ ها نشان می‌دهد که فشار میانی در مدل­سازی واقعی (015/4 مگاپاسکال) کم ­تر از شبیه ­سازی ایده‌ال(093/4 مگاپاسکال) می‌باشد. همچنین شدت جریان جرمی کمپرسور در مدل­ سازی واقعی (kg/h 67/730) بیش ­تر از مدل­ سازی ایده‌ال (kg/h 3/710) پیش بینی شده است. همچنین دمای گاز خروجی از کمپرسور در مدل­ سازی ایده‌ال کم ­تر از واقعی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Scalabrin G., Bianco G., Experimental Thermodynamic Analysis of a Variable Speed Open Reciprocating Refrigeration Compressors, International Journal of Refrigeration, 17(1): 68-75 (1994).

[2] Hsieh  W.H., Wu  T.T., Experimental Investigation of Heat Transfer in a High-Pressure Reciprocating Gas Compressor, Experimental Thermal and Fluid Science, 13: 44-54 (1996).

[3] Ma Y., He Z., Peng X., Xing Z., Experimental Investigation of the Discharge Valve Dynamics in a Reciprocating Compressor for Trans-Critical CO2 Refrigeration Cycle, Applied Thermal Engineering, 32: 13-21 ( 2012).

[4] Popovic P., Shapiro H.N., A semi-Emperical Method for Modeling a Reciprocating Compressor in Refrigeration Systems, ASHRAE Transactions, 101(2): 367-382 (1995).

[5] Negrao S.O., Erthal R.H., Andrade D. H., Silva L.W., A Semi-Emprical Model for the Unsteady-State Simulation of Reciprocating Compressors for Household Refrigeration Application, Applied Thermal Engineering, 31: 1114-1124 (2011).

[6] Li W., Simplified Steady-State modelling for Hermetic Compressors with Focus on Extrapolation, International Journal of Refrigeration, 35: 1722-1733 (2012).

[7] Disconzi P., Pereira E. L.L., Deschamps C.J., "Development of an in-Cylinder Heat Transfer Correlation for Reciprocating Compressors", International Compressor Engineering Conference at Purdue, West Lafayette, USA, (2012).

[8] Yasar O., Kocas M., Computational Modeling of Hermetic Reciprocating Compressors, International Journal of High Performance Computing Applications, 21(1): 30-41 (2007).

[9] Escanese F., Perez-Segarra C.D., Rigola J., Serra J.M., Pons J., "Numerical Simulation of Hermetic Reciprocating Compressors", International Compressor Engineering Conference, Purdue, 193-198 (1996).

[10] Bassi F., Pelagalli L., Rebay S., Betto A., Orefice M., "Numerical Simulation of a Reciprocating Compressor for Household Refrigerators", International Compressor Engineering Conference, Purdue, 97-104 (2000).

[11] Castaing-Lasvignottes J., Gibout S., Dynamic Simulation of Reciprocating Refrigeration Compressors and Experimental Validation, International Journal of Refrigeration, 21: 381-389 (2010). 

[12] Gasparella G. A., Longo A., Unsteady State Analysis of the Compression Cycle of a Hermetic Reciprocating Compressor, International Journal of Refrigeration, 26: 681-689 ( 2003).

[13] Farzaneh-Gord M., Niazmand A., Deymi-Dashtebayaz M., Rahbari H. R., Thermodynamic Analysis of Natural Gas Reciprocating Compressors Based on Real and Ideal Gas Models, International Journal of Refrigeration, 56: 186-197 ( 2014).

[14] Farzaneh-Gord M., Niazman  A., Deymi M., Optimizing Reciprocating Air Compressors Design Parameters Based on First Law Analysis, U.P.B.Scientific Bulletin, Seriese D: Mechanical Engineering, 13-26 (2013).

[15] Farzaneh-Gord M., Khoshnazar H., Valve Fault Detection for Single-Stage Reciprocating Compressors, Journal of Natural Gas and Engineering, 35: 1239-1248 (2016).

[16] Farzaneh-Gord M., Niazmand A., Deymi-Dashtebayaz M., Rahbari, H. R., Effects of Natural Gas Compositions on CNG (Compressed Natural Gas) Reciprocating Compressors Performance, Energy, 90: 1152-1162 (2015).

[17] Feyzi F., Riazi M. R., Shaban H.I., Ghotbi, H.,  Improving Qubic Equations of State for Heavy Reservoir Fluid and Critical Region, Chemical Engineering Communication, 167: 147-166 (1998).

[18] قنبری، محمد جواد؛ مرادی، غلامرضا؛ مدلسازی ترمودینامیکی تعادل فازی هیدرات گازهای تبریدی با استفاده از معادله حالت PRSV2، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)35: 125 تا 132 (1395).

[19] Soave G.S., A Noncubic Equation of State for the Treatment of Hydrocarbon Fluids at Reservoir, Industrial & Engineering Chemistry Research., 34: 3981-3994 (1995).

[20] Jaeschke M., Audibert S., Van Caneghem P., Humphtreys A.E., Janssen R., Pellei Q., High Accuracy Compressibility Factor for Natural Gases and Similar Mixtures by Use of a Truncated Virial Equation, GERG Technical Monograph, , TM2 (1989).

[21] Kunz O., Klimeck R., Wagner W., Jaeschke  M., The GERG-2004 Wide-Range Equation of State for Natural Gases and Other Mixtures, GERG, TM 15 (2007).

[22] Kunz O., Wagner W.,  The GERG-2008 Wide-Range Equation of State for Natural Gases and other Mixtures: An Expansion of GERG-2004, Journal of Chemical & Engineering Data, 57: 3032-3091 (2012).

[23] AGA8-DC92, "Compressibility and Super Compressibility for Natural Gas and other Hydrocarbon Gases", Transmission Meaurement Committee, pp. Arlington,VA. Report No. 8, AGAcatalog No. XQ 1285,(1992).

[24] ISO-12213-2. "Natural Gas- Calculation of Compression Factor-Part 2: Calculation Using Molar-Composition Analysis", ISO, Ref. No. ISO- 12213-2:1997(E).

[25] Elhaj M., Gu F., Ball A.D., Albarbar A., Al-Qattan M., Naid A., Numerical Simulation and Experimental Study of a Two-Stage Reciprocating Compressor for Condition Monitoring, Mechanical Systems and Signal Processing, 22: 374-389 (2008). 

[26] Stosic N., Hanjalic K., Contribution Towards Modelling of Two-Stage Reciprocating Compressors, International Journal of Mechanical Science, 19(8): 439-445 (1977).

[27] Reinholtz H.H., Mabie C.F.,  "Mechanic and Dynamic of Machinery", John Wiley and Sons Inc. (1987).

[28] Habing R.A., "Flow and Plate Motion in Compressor Valves", Ph.D Thesis, University of Twente (2005).

[29] Soedel W.,  "Sound and Vibration of Positive Displacement Compressors", CRC Press (2006).

[30] Srinivas M.N., Padmanabhan, C., Computationally Efficient Model for Refrigeration Compressor Gas Dynamics, International Journal of Refrigeration, 25: 1083-1092 (2002).

[31] Shah  R.k., Sekulic, D.P., "Funementals of Heat Exchanger Design", John Wiley & Sons Inc. (2003).

[32] Rao R.V., Patel V.K., Thrmodynamic Optimization of Cross Flow Plte-Fin Heat Exchanger Using a Particle Swarm Optimization Algorithm, International Journal of Thermal Science, 49: 1712-1721 (2010).

[33] Serth R.W.,  "Process heat transfer", Elsevier Science and Technology Books (2007).

[34] Sun S.Y., Ren T.R., New Method of Thermodynamic Computation for a Rciprocating Compressor: Computer Simulation of Working Process, International Journal of Mechanical Sciences, 37: 343-353 (1994).