طراحي، شبيه سازي و ساخت پمپ آب خورشيدي با استفاده از سيكل استرلينگ به منظور بررسي عوامل موثر بر عملكرد آن

كارشناسي ارشد

هدف از انجام اين تحقيق، طراحي، ساخت و بهينه¬سازي پمپ آب خورشيدي با استفاده از موتور استرلينگ بود. جهت نيل به اين هدف، يك مدل اوليه معرفي شده و بر آن اساس طراحي مفهومي صورت گرفت. پس از طراحي مفهومي و توصيف چگونگي كاركرد سيستم، با تركيب معادلات مومنتم خطي، برنولي ناپايا و پيوستگي، معادلات حاكم بر پمپ پيشنهادي، يك مدل‏سازي رياضي توسعه داده شد. با تقسيم¬بندي پمپ به بخش¬هايي از ستون مايع و سپس اعمال قانون بقاي جرم، برنولي ناپايا و قانون دوم نيوتون، معادلات حاكم بر هر بخش توسعه و سپس با استفاده از ديگر روابط به يكديگر كوپل شدند. بر اين اساس، يك دسته معادلات ديفرانسيل غيرخطي براي ستون¬هاي مايع، پيستون قدرت و ديناميك فشار سيال كاري بدست آمد كه نياز به حل عددي داشتند. ابتدا معادلات ديناميك سيستم در فضاي حالت ارائه شدند، سپس جهت حل اين دسته معادلات ديفرانسيل غير خطي، روش رونگه-كوتاي مرتبه¬ي چهارم انتخاب شد و با استفاده از نرم¬افزار متلب، اين مدل رياضي به صورت عددي شبيه‏سازي شده و مورد تحليل كيفي قرار گرفت. پس از به دست آمدن نتايج اوليه شبيه‏سازي، با توجه به طبيعت غيرخطي سيستم مورد بررسي، مشخص شد كه تغيير يك سري از پارامترهاي طراحي، بسته به نوع نقطه تعادل باعث مي¬شود سيستم هر سه رفتار پايدار، ناپايدار و يا پايداري مرزي از خود حول نقطه تعادل از خود نشان دهد. بر اساس يافته¬ها، تصميم گرفته شد، پارامترهاي اثرگذار بر پايداري سيستم بهينه شوند. جهت اين مهم، از الگوريتم فرااكتشافي اجتماع ذرات استفاده شد. ابتدا به تعريف تابع هزينه سيستم مورد نظر پرداخته ¬شد و سپس، با توسعه كد در نرم¬افزار متلب بر مبناي الگوريتم اجتماع ذرات و استفاده از تابع هزينه تعريف شده، به بهينه¬سازي پارامترهاي طراحي سيستم پرداخته ¬شد. در نهايت نتايج بهينه¬سازي توسعه داده شدند. جهت ساخت نمونه آزمايشگاهي پمپ آب خورشيدي با استفاده از موتور استرلينگ، يك طراحي بر اساس نتايج و ابعاد و اندازه¬ي بدست آمده از بهينه-سازي سيستم مورد نظر صورت گرفت و پمپ مذكور ساخته شد. پس از ساخت مدل آزمايشگاهي، دستگاه بر اساس شرايط طراحي، تحت آزمايش قرار گرفت و يك سري داده عددي استخراج شدند. با استفاده از نرم-افزار متلب، اين داده¬ها به صورت نمودارهاي تحليلي رسم شده و مورد بررسي قرار گرفتند. نتيجه¬ي نهايي اينكه نتايج حاصل از آزمايش تجربي پمپ آب خورشيدي و مقايسه¬ي آن‏ها با نتايج حاصل از شبيه‏سازي و بهينه¬سازي صورت گرفته نشان داد كه گام¬هاي برداشته شده در مسير مدل‏سازي رياضي، شبيه‏سازي عددي و نهايتا بهينه¬سازي عددي در اين پايان¬نامه صحيح بوده و معتبر مي¬باشد.

190725

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي سيستم هاي انرژي - انرژي و محيط زيست

دكتر روح اله احمدي