اے کے ڈیزائن اور کارکردگی کا تجزیہ16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹرفضلہ حرارت کا استعمال کرتے ہوئے ریفریجریشن سسٹم

ماضی کی تحقیقی صورت حال سے، تقسیم شدہ کوجنریشن سسٹم کا ڈیزائن اور تخروپن بہت موڈ ہے۔

1 سسٹم انٹیگریشن ڈیزائن

منتخب جزیرے کا رہائشی علاقہ 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر سے چلتا ہے، ڈیزل انجن کی ایگزاسٹ گیس میں بہت زیادہ ہیٹ انرجی ہوتی ہے، اور لیتھیم برومائیڈ جذب کرنے والا چلر ایگزاسٹ گیس کو استعمال کرنے والوں کے لیے فریج میں کام کرنے والے حرارتی ذریعہ کے طور پر لیتا ہے۔ کولنگ لوڈ کی ایڈجسٹ رینج کو بڑھانے کے لیے، آفٹر برننگ قسم کا ریفریجریٹر اپنایا جاتا ہے۔ جزیرے کے 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر سسٹم کا مجموعی ڈیزائن تصویر 1 میں دکھایا گیا ہے۔

الیکٹرک کولنگ کے ڈیزائن کے اصول کی بنیاد پر (16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر کے مطابق چلر سے میچنگ)، اس پیپر میں چلر کا میچنگ سلیکشن کیا گیا ہے۔ رہائشی علاقے کا مجموعی فلور ایریا تقریباً 4,850 M2 ہے اور 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر ریٹیڈ پاور 350 کلو واٹ ہے۔ 16 کلو واٹ کا ڈیزل جنریٹر تقریباً 450 درجہ حرارت پر ایگزاسٹ گیس پیدا کرتا ہے۔°C، اور چلر کو دستیاب حرارت کی توانائی تقریباً 420 کلو واٹ ہے۔ 1.4 کے ریفریجریشن کوفیسینٹ اور 582kW کی طاقت کے ساتھ ڈبل ایفیکٹ متوازی لیتھیم برومائڈ جذب کرنے والا چلر منتخب کیا گیا تھا۔ جزیرے کے صارفین کا اوسط کولنگ لوڈ 120W/m2 ہے۔ تحقیقات کے مطابق، 120W/m2 کولنگ لوڈ کے لیے جزیرے کے صارفین کی مانگ کو پورا کرتا ہے۔ لہٰذا، جب 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر کو ریٹیڈ ورکنگ کنڈیشن کے تحت چلایا جاتا ہے، تو ایگزاسٹ گیس سے نکلنے والی فضلہ حرارت ریفریجریٹر کی مانگ کو پورا کر سکتی ہے۔ 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر ریفریجریشن سسٹم کے ڈیزائن کے پیرامیٹرز ٹیبل 1 میں دکھائے گئے ہیں۔

2. ریاضیاتی ماڈلنگ

16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر ریفریجریشن سسٹم بہت پیچیدہ ہے، جس میں ڈائنامکس، تھرمو ڈائنامکس اور ہیٹ ٹرانسفر جیسے بہت سے مضامین شامل ہیں، اس لیے مناسب ماڈلنگ کا طریقہ منتخب کرنا بہت ضروری ہے۔ اس مقالے میں، ماڈیولر ماڈلنگ کے طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے 16 کلو واٹ ویسٹ ہیٹ یوٹیلائزیشن ریفریجریشن سسٹم کا سمولیشن ماڈل قائم کیا گیا ہے۔ 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر فضلہ حرارت کے استعمال کا ریفریجریشن سسٹم ایک عام تھرموڈینامک نظام ہے، ماڈیولز کو کام کرنے والے مادے اور توانائی کے گزرنے کے مطابق تقسیم کیا جاتا ہے۔

پورے ماڈلنگ آئیڈیا کا تعین کرنے کے بعد، ہمیں سسٹم کے آپریشن کو درست طریقے سے نقل کرنے کے لیے ایک معقول طریقہ کا انتخاب کرنا چاہیے۔

یہ مقالہ بنیادی طور پر 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر کے اندرونی کام کے عمل پر غور کیے بغیر مختلف بوجھ کے تحت 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر کی آؤٹ پٹ پاور اور ایگزاسٹ ہیٹ انرجی کا مطالعہ کرتا ہے۔ اوسط طریقہ استعمال کرتے ہوئے ماڈلنگ سسٹم انٹیگریشن لیول پر 16kw ڈیزل جنریٹر سمولیشن کی درستگی کو یقینی بناتی ہے۔

16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر ریفریجریشن سسٹم میں کئی قسم کے ہیٹ ایکسچینجرز ہیں، اور ہیٹ ایکسچینجرز کے درمیان پریشر فلو کپلنگ ہے۔ روایتی ماڈلنگ کا طریقہ ماڈیول کو فزیکل ماڈل کے مطابق تقسیم کرتا ہے، توازن کی مساوات کے مطابق ہر ماڈیول کے دباؤ اور بہاؤ کا الگ سے حساب لگاتا ہے، اور باؤنڈری مساوی پابندی کی شرط کو پورا کرنا ضروری ہے۔ لہذا، تکراری حساب ناگزیر ہے اور حساب کا وقت بڑھا دیا جاتا ہے۔ اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے، 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر ریفریجریشن سسٹم کا ایک نقلی ماڈل جس میں ویسٹ ہیٹ کا استعمال کیا جاتا ہے، والیومیٹرک جڑتا طریقہ سے قائم کیا جاتا ہے۔

والیومیٹرک جڑتا کے طریقہ کار کے مطابق، ہر جزو میں بہاؤ کی شرح متوازن نہیں ہے، اور ہر جزو کو والیومیٹرک جڑتا لنک کے مطابق سمجھا جاتا ہے۔ یہ ہر ایک جزو کو حجم کے ماڈیول کے طور پر اور ہر جزو کے درمیان منسلک پائپ کو مزاحمتی ماڈیول کے طور پر مانتا ہے۔ حجم ماڈیول کے لیے، اندرونی سیال مزاحمت کو نظر انداز کرتے ہوئے، حجم ماڈیول کے اندر دباؤ یکساں ہے۔ حجم ماڈیول میں دباؤ کا حساب حجم ماڈیول کے دونوں سروں پر بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح کے فرق اور حجم ماڈیول میں درجہ حرارت کی تبدیلی کے مطابق لگایا جا سکتا ہے۔ تاہم، ان لیٹ اور آؤٹ لیٹ کے درمیان دباؤ کا فرق اور پائپ کی دیوار کے رگڑ کے نقصان سے بہاؤ میں تبدیلی آتی ہے، اور بہاؤ کی متحرک قدر کو رفتار کے تحفظ کے مطابق شمار کیا جا سکتا ہے۔

مثال کے طور پر ایل پائپ کی لمبائی کو لے کر، اسے حجم ماڈیول اور مزاحمتی ماڈیول میں تقسیم کیا جاتا ہے، اور اس کا حجم جڑتا ماڈل قائم ہوتا ہے۔

1) حجم ماڈیول

حجم ماڈیول میں فی یونٹ وقت کے بہاؤ کی شرح M1 ہے، اور حجم ماڈیول میں فی یونٹ وقت کے بہاؤ کی شرح M2 ہے۔ ماس کے تحفظ کے مطابق: والیوم ماڈیول میں بہاؤ - والیوم ماڈیول = والیوم ماڈیول ماس انکریمنٹ سے باہر، والیوم ماڈیول ماس انکریمنٹ کا حساب لگایا جا سکتا ہے:

فارمولے میں: M حجم کے ماڈیول میں کام کرنے والے سیال کا ماس ہے، کلوگرام؛ v حجم ماڈیول، M3 میں کام کرنے والے سیال کا حجم ہے۔ kg/m3 حجم کے ماڈیول میں کام کرنے والے سیال کی کثافت ہے۔ M1 اور M2 حجم کے ماڈیول، kg/s کے اندر اور باہر سیال کا بڑے پیمانے پر بہاؤ ہیں۔

2) مزاحمتی ماڈیول۔

مزاحمتی ماڈیول میں، دباؤ کے فرق اور سیال کی رگڑ مزاحمت کی وجہ سے بہاؤ کی شرح تبدیل ہوتی ہے۔ لکیری مومینٹم کے تحفظ کے قانون کے مطابق: مزاحمتی ماڈیول میں داخل ہونے والی رفتار - مزاحمتی ماڈیول کو چھوڑنے والی رفتار + بیرونی قوت کی رفتار = مزاحمتی ماڈیول کی رفتار میں اضافہ، مزاحمتی ماڈیول کراس سیکشن میں بہنے والے سیال کی کمیت کا حساب لگایا جا سکتا ہے:

pagenumber_ebook=33,pagenumber_book=25

فارمولے میں: M پائپ کے ذریعے کام کرنے والے سیال کے بڑے پیمانے پر بہاؤ کی شرح ہے، kg/s؛ v کام کرنے والے سیال کی رفتار ہے، m/s؛ a پائپ کا کراس سیکشنل ایریا ہے، m 2؛ l پائپ کی لمبائی ہے، m؛ p 1 اور P 2 مزاحمتی ماڈیول، PA کے دونوں اطراف کے دباؤ ہیں۔ UL پائپ کی دیوار پر مائع کی رگڑ مزاحمت ہے، مائنس کا نشان سیال کے بہاؤ کے مخالف سمت میں رگڑ مزاحمت کو ظاہر کرتا ہے، U پائپ کا گیلا فریم ہے، U رگڑ مزاحمت فی یونٹ رقبہ ہے، = 1/2 FV 2، F جو گرمی کے تبادلے کا راستہ ہے تجرباتی فارمولے کے مطابق حاصل کیا جاتا ہے۔

3 نظام کی کارکردگی کا تجزیہ

اس مقالے میں چار اسٹروک ٹربو چارجڈ 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر کو کمپریسر، ٹربائن، ٹربائن روٹر، انٹرکولر، انٹیک اور ایگزاسٹ پائپ، گورنر، سلنڈر اور جنریٹر میں تقسیم کیا گیا ہے، اوسطاً 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر سمولیشن طریقہ استعمال کرتے ہوئے بنایا گیا تھا۔

16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر ریفریجریشن سسٹم میں ہیٹ ایکسچینجرز کی ایک بڑی تعداد ہے، اور ہر جزو کے سمولیشن ماڈل بنانے کے لیے والیومیٹرک جڑتا طریقہ استعمال کیا جاتا ہے۔ نظام میں مائع کام کرنے والا میڈیم بنیادی طور پر فضلہ گیس، لتیم برومائیڈ حل، پانی، پانی کے بخارات وغیرہ پر مشتمل ہوتا ہے۔ ماڈل کیلکولیشن کی درستگی کو یقینی بنانے کے لیے، ورکنگ میڈیم کی تھرمل خصوصیات کا حساب لگانے کے لیے ایک ماڈل فٹنگ فارمولے کے مطابق قائم کیا گیا تھا۔ Matlab/Simulink سافٹ ویئر میں 16kw اور لتیم برومائڈ جذب کرنے والے چلرز کے سمولیشن ماڈلز بالترتیب بنائے اور ڈیبگ کیے گئے ہیں۔ آخر میں، 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر چلرز کے تخروپن ماڈل کو جوڑ دیا گیا ہے جس میں فضلہ حرارت کا استعمال کیا گیا ہے جیسا کہ شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔

سٹیڈی سٹیٹ سمولیشن میں، ڈیزائن کے پیرامیٹرز کے مطابق، سب سے پہلے، Matlab/Simulink سمولیشن سافٹ ویئر میں باؤنڈری کنڈیشنز سیٹ کی جاتی ہیں، اور ماڈل کے سٹیٹ ویری ایبلز کی ابتدائی قدریں تفویض کی جاتی ہیں۔ اعلی نقلی درستگی کے ساتھ ODE45 الگورتھم کا استعمال تخروپن کے وقت کو 2000s کے طور پر سیٹ کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ جدول 2 مستحکم ریاست کے تخروپن کے نتائج اور ڈیزائن کے پیرامیٹرز کے درمیان موازنہ کو ظاہر کرتا ہے۔

جدول 2 سے پتہ چلتا ہے کہ سٹیڈی سٹیٹ سمولیشن ویلیو اور 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر ریفریجریشن سسٹم کے ڈیزائن پیرامیٹرز کے درمیان نسبتاً خرابی 3% سے کم ہے، جو سسٹم سمولیشن کی درستگی کی ضرورت کو پورا کرتی ہے اور سمولیشن ماڈل کی درستگی اور درستگی کی تصدیق کرتی ہے۔ سسٹم میں ورکنگ میڈیم کے تھرمل پیرامیٹرز فٹنگ فارمولے کے ذریعے حاصل کیے جاتے ہیں، ماڈلنگ میں ضروری مفروضے کیے جاتے ہیں، اور اجزاء کی خرابیوں کو جب ان کو جمع کیا جائے گا تو ان کو بڑھایا جائے گا، یہ متعلقہ خرابیوں کی وجوہات ہیں۔

مستحکم حالت کے تخروپن کے نتائج کی بنیاد پر، 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر کے فضلے کے حرارت کے استعمال کے ریفریجریشن سسٹم کے توانائی کے استعمال کے مجموعی قابلیت کا جائزہ لیا گیا۔ نظام کے کل توانائی کے استعمال کے قابلیت کے حساب کتاب کا طریقہ ایک فارمولہ کے طور پر ہے۔

X 16kw ڈیزل جنریٹر سسٹم کا کل انرجی یوٹیلائزیشن گتانک ہے، PG 16kw ڈیزل جنریٹر ہے، kW، RC libr absorption chiller ہے، kW، EC نظام کی دوسری توانائی کی کھپت ہے، kW؛ ایف سی ڈیزل جنریٹر ایندھن کی کھپت، کلو واٹ ہے۔ پی سی سسٹم بجلی کی کھپت، کلو واٹ ہے۔

ڈیزائن کردہ آپریٹنگ حالات کے تحت، 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر کی صلاحیت 357.6 کلو واٹ ہے، لیتھیم برومائیڈ ابسورپشن چلر کی صلاحیت 579.79 کلو واٹ ہے، سسٹم کی دیگر توانائی کی کھپت 132 کلو واٹ ہے، اور ایندھن کی کھپت تقریباً 16 کلو واٹ 16 کلو واٹ پاور ہے سسٹم میں پمپ اور بجلی استعمال کرنے والے دیگر آلات کی کھپت تقریباً 30 کلو واٹ ہے۔

فارمولہ (6) کے حساب کے مطابق، 16kw ڈیزل جنریٹر ریفریجریشن سسٹم کا کل توانائی کے استعمال کا گتانک تقریباً 0.813 ہے، اور توانائی کے استعمال کی کارکردگی بہت بہتر ہوئی ہے، جو کہ 0.8 سے زیادہ ہے، اور ڈیزائن کی ضروریات کو پورا کرتا ہے۔

16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر کا بوجھ بجلی کی کھپت سے طے ہوتا ہے۔ لوڈ کی تبدیلی کے نتیجے میں 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر کے ایگزاسٹ ٹمپریچر اور بہاؤ کی شرح میں تبدیلی آئے گی، جو سسٹم کے نیچے کی طرف لیتھیم برومائیڈ جذب کرنے والے چلر کی کولنگ کی صلاحیت کو متاثر کرے گی۔

نظام کا تھرموڈینامک عمل پیچیدہ ہے، جڑواں تاخیر کے ساتھ۔ پورے سمولیشن ٹائم کو 6000 پر سیٹ کرتے ہوئے، 2000 کی دہائی سے شروع کرتے ہوئے، مرحلہ وار تبدیلی کو شامل کرتے ہوئے، 16kw ڈیزل جنریٹر کا بوجھ 100% سے کم کر کے 80% کر دیا جاتا ہے، اور متحرک سمولیشن کیلکولیشن کی جاتی ہے۔

2000 کی دہائی سے، لوڈ 352.3 کلو واٹ سے کم ہو کر 287.48 کلو واٹ، ایگزاسٹ فلو 1.3187 کلوگرام سے 1.1192 کلوگرام، اور ایگزاسٹ ٹمپریچر 462 سے کم ہو گیا ہے۔16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر کے لیے °C سے 453 °C۔ پورے متحرک ردعمل کا عمل تقریباً 100s ہے۔ ڈیزل لوڈ میں 20 فیصد کمی، ڈیزل انجن کی رفتار میں اضافہ، گورنر کا تیز ردعمل، مقررہ مقام پر رفتار کے استحکام کو برقرار رکھنے کے لیے فیول انجیکشن کو کم کریں۔ ڈیزل انجن میں فیول انجیکشن کی کمی کے نتیجے میں اخراج کے درجہ حرارت اور بہاؤ کی شرح میں کمی واقع ہوتی ہے۔

ٹھنڈک کی صلاحیت میں قدرے اضافہ ہوا اور پھر تیزی سے گر کر ایک اور مستحکم قدر، 579.79 کلو واٹ سے 507.15 کلو واٹ ہو گئی۔ جیسا کہ شکل 9 سے دیکھا جا سکتا ہے، ریفریجریشن کا گتانک قدرے بڑھ گیا اور پھر 1.394 سے کم ہو کر 1.402 ہو گیا۔ 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر لوڈ میں کمی کے نتیجے میں پورے 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر سسٹم میں داخل ہونے والی حرارت کی توانائی میں کمی واقع ہوئی، جس کی وجہ سے چلر کی ریفریجریٹنگ کی صلاحیت میں کمی واقع ہوئی، لیکن ریفریجریٹنگ گتانک میں قدرے اضافہ ہوا، اور سارا متحرک عمل تقریباً 2000 میں مکمل ہوا۔

4 نتیجہ

مثال کے طور پر کسی جزیرے کے رہائشی علاقے کو لے کر، ڈیزل پاور جنریشن سے فضلہ حرارت کا استعمال کرتے ہوئے توانائی کی بچت کرنے والی ایک نئی ریفریجریشن ٹیکنالوجی کا مطالعہ کیا گیا ہے۔

1) 16 کلو واٹ ڈیزل جنریٹر فضلہ حرارت کے استعمال کے ریفریجریشن سسٹم کے مربوط ڈیزائن کو انجام دیا گیا، اور ڈیزائن کے پیرامیٹرز کا تعین کیا گیا۔ نظام کے جامد اور متحرک تخروپن کیلکولیشن کے ذریعے، نظام کی کارکردگی کا تجزیہ کیا جاتا ہے، پھر کنٹرول سسٹم کو ڈیزائن کیا جاتا ہے اور نظام کی اصلاح کا احساس ہوتا ہے۔

2) سٹیڈی سٹیٹ سمولیشن ڈیزائن کی حالت میں کی جاتی ہے، اور رشتہ دار غلطی 3% سے کم ہے، جو ڈیزائن کی ضرورت کو پورا کرتی ہے اور ماڈل کی درستگی اور درستگی کی توثیق کرتی ہے۔ سٹیڈی سٹیٹ سمولیشن کے نتائج کے مطابق، سسٹم کا کل توانائی کے استعمال کا گتانک تقریباً 0.813 ہے، جو ڈیزائن کی ضروریات کو پورا کرتا ہے۔

3) 16 کلو واٹ لوڈ ڈسٹربنس کی ڈائنامک سمولیشن کی جاتی ہے، جس کے نتیجے میں 16 کلو واٹ لوڈ میں کمی، پاور جنریشن میں کمی، ایگزاسٹ گیس کی ہیٹ انرجی میں کمی، کولنگ کی گنجائش میں کمی اور کولنگ کوفییئنٹ میں معمولی اضافہ ہوتا ہے۔ نقلی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ 16kw پاور اسٹیشن کی کولنگ کی صلاحیت 16kw پاور اسٹیشن سے کم ہے، اور 16kw پاور اسٹیشن کی پیداوار 16kw پاور اسٹیشن سے کم ہے، اور ایگزاسٹ گیس کی حرارتی توانائی 16kw ڈیزل جنریٹر سے کم ہے۔