مقاله – ارائه راهکاری برای چالش های موجود در سیستم عامل های ابری

سرویس های ابر، پورتال های سلف سرویس دارند که به آسانی مدیریت می شوند.
دسترسی وسیع به شبکه
توانمندی های موجود بر روی شبکه، از طریق مکانیزم های استاندارد که استفاده از روش های ناهمگون پلتفرم های کلاینت، مانند تلفن های موبایل، لپ تاپ ها و PDA ها، را ترویج می کنند، قابل دسترسی هستند.
ائتلاف منابع
منابع محاسباتی فراهم کننده جمع آوری شده اند تا با به کارگیری مدل چند مشتری به چندین مشتری خدمت رسانی کنند. این کار به وسیله منابع فیزیکی یا مجازی مختلف که به شکلی پویا و بنابر درخواست مشتری واگذار و پس گرفته می شوند، صورت می گیرد. در اینجا حالتی از عدم وابستگی به مکان وجود دارد که در آن مشتری معمولاً کنترل یا دانشی درباره محل دقیق منابع فراهم شده ندارد ولی ممکن است در سطوح بالاتر انتزاعی بتواند محل را تعیین کند، مثل: کشور، استان یا مراکز داده. برای نمونه منابع شامل فضای ذخیره سازی، توان پردازشی، حافظه، پهنای باند شبکه و ماشین های مجازی می شود.
انعطاف پذیری سریع
می توان امکانات را به سرعت و با انعطاف، در بعضی موارد به صورت خودکار، به دست آورد تا به سرعت گسترش داده شده( از دید مقیاس) یا درجا آزاد شوند و خیلی سریع به مقیاس کوچکتری دست یابند. از دید مشتری امکاناتی که برای به دست آمدن در دسترس هستند اغلب نامحدود به نظر می آیند و می توانند به هر مقدار و در هر زمان خریداری شوند.
سرویس اندازه گیری شده
سیستم های ابری منابع را خودکار کنترل و بهینه می کنند. این کار با به کارگیری توانایی اندازه گیری در سطحی از تجرید که مناسب گونه آن خدمت ( مثل: فضای ذخیره سازی، توان پردازشی، پهنای باند و شمار کاربران فعال) است انجام می شود. میزان استفاده از منابع می تواند به شکلی شفاف هم برای مشتری و هم برای فراهم کننده زیر نظر گرفته، کنترل شده و گزارش داده شود.
معماری سرویس گرا[۱۵]
معماری مبتنی بر سرویس در واقع یک مجموعه ای از سرویس ها است که با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. حین این ارتباط ممکن است داده هایی را بین یکدیگر پاس کاری کنند و همچنین ترکیب دو یا چند سرویس با هم یک کار انجام دهد. در این جا چند مفهوم اتصال بین سرویس ها مورد نیاز است. برخلاف دهه های گذشته که نرم افزارها قائم به خود و انفرادی بودند، در حال حاضر روند تکامل نرم افزارها به سوی معماری مبتنی بر سرویس می رود. رشد انفجاری تکنولوژی های اینترنت و تعداد کاربران آن موجب شده که فروش نرم افزار جای خودش را به اجاره نرم افزار بدهد. شرکت های بزرگی مانند مایکروسافت، گوگل، سان و حتی آمازون به این سمت می روند که به جای فروش مستقیم نرم افزار به کاربر خدمات نرم افزاری را ارئه دهند. معماری مبتنی بر سرویس معماری نرم افزار یا سیستمی است که امکاناتی چون کامپوننت ها، استفاده مجدد، توسعه پذیری و راحتی را در اختیار ما قرار می دهد. این ویژگی ها برای شرکت هایی که به دنبال کاهش هزینه هستند و به جای فروش به اجاره سرویس های نرم افزار تاکید دارند، الزامی است[۹].
مدلهای سرویس
در مدل سرویس، انواع گوناگون ابر بیانگر قالبی هستند که زیر ساختها در آن قرار میگیرد. اکنون محدوده شبکه، مدیریت و مسئولیتها به پایان میرسد و امور مربوط به بخش سرویسدهندهی ابر آغاز میشود. با پیشرفت محاسبات ابری فروشندگان، ابرهایی را با سرویس های مختلف مرتبط به کار خود عرضه مینمایند. با سرویسهایی که عرضه میشوند مجموعه دیگری از تعاریف به نام مدل سرویس در محاسبات ابری مطرح میشود. برای مدلهای سرویس، نامگذاریهای بسیاری صورت گرفته که همگی به فرم زیر تعریف شده اند:
XaaS,or “<something>as a Service”
در حال حاضر در جهان سه نوع سرویس به صورت متداول شناخته می شود:
زیر ساخت به عنوان سرویس[۱۶]
زیر ساخت به عنوان سرویس یا IaaS ماشینهای مجازی، فضای ذخیرهسازی مجازی، زیر ساخت های مجازی و سایر سخت افزارهای کاربردی را به عنوان منابع برای مشتریان فراهم میآورد. سرویسدهندهی IaaS تمامی زیر ساختها را مدیریت مینماید و در حالی که مشتریان مسئول باقی جنبههای استقرار میباشند. از جمله سیستم عامل، برنامهها و تعاملات سیستم با کاربر و غیره.
در جدول ۲-۱ تعدادی از سرویس دهندگان شناخته شده در حوزه IaaS به همراه توصیفی کوتاه از نوع سرویس ارائه شده آنها آورده شده است.
جدول۲-۱ : سرویس دهندگان زیر ساخت به عنوان سرویس

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  fotka.ir  مراجعه نمایید.

سازمان سرویس/ ابزار توصیف لایه-سطح
آمازون Elastic Compute Cloud سرور مجازی IaaS- سرویس منبع مجازی
Dynamo سیستم ذخیره سازی مبتنی بر کلید-ارزش[۱۷] IaaS- سرویس زیرساخت پیشرفته

که در این رابطه زیروندهای i و e به ترتیب نشان دهنده جریانهای ورودی و خروجی میباشند. در حالتیکه انتقال حرارت در فشار ثابت انجام میگیرد رابطهی (۳-۲۵) به رابطهی زیر ساده میشود:

(۳-۲۶)

رابطهی (۳-۲۴) نشان میدهد که اختلاف بین دماهای ترمودینامیکی متوسط دو جریان () معیاری برای تخریب اگزرژی میباشد. نامتناسب بودن نرخ ظرفیت حرارتی دو جریان: و همچنین اختلاف دمای کمینه محدود (ΔTmin = T3 – T2در شکل ۳-۲) علل ناکارآمدیهای ترمودینامیکی میباشند.
در مبدلهای حرارتی باید از کنار هم قراردادن جریانهایی که نرخ ظرفیت حرارتی آنها بسیار متفاوت از یکدیگر میباشد اجتناب گردد. همچنین با توجه به رابطهی (۳-۲۴) میتوان گفت که به ازای اختلاف دمای ثابت هر چه سطح دماهای پایین تر باشد بازگشت ناپذیری و تخریب اگزرژی ناشی از انتقال حرارت بین دو جریان بیشتر خواهد شد.
نرخ تخریب اگزرژی بواسطه اصطکاک بوسیله رابطه زیر محاسبه میگردد:

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  fotka.ir  مراجعه نمایید.

(۳-۲۷)

که در رابطه فوق Ta دمای متوسط ترمودینامیکی سیال کاری و افت هد میباشد.
تاثیر اصطکاک در دبیهای جرمی زیاد و دماهای پایین شدیدتر است. اگرچه تخریب اگزرژی بواسطه اصطکاک در سیستمهای حرارتی معمولاً از درجهی دوم اهمیت برخوردار میباشد ولی هزینههای مرتبط با این تخریب اگزرژی ممکن است چشمگیر باشد.
از آنجایی که هزینه واحد توان الکتریکی یا مکانیکی که برای تغذیه پمپ، کمپرسور یا فن احتیاج میباشد، بطور قابل توجهی از هزینه واحد یک سوخت فسیلی بیشتر میباشد بنابراین هر واحد تخریب اگزرژی بواسطه اتلاف اصطکاکی نسبتا گرانتر خواهد بود.
مثالهایی برای اتلاف اگزرژی عبارتند از: انتقال حرارت به محیط (اتلاف حرارتی)، اتلاف یا پراکندگی انرژی جنبشی گازهای خروجی و بازگشت ناپذیری بواسطه ترکیب گازهای خروجی با هوای محیط.
رهنمودهایی برای بهبود مصرف منابع انرژی از طریق کاهش منابع ناکارآمدی ترمودینامیکی حرارتی بوسیلهی Bejan, Moran, Tsatsaronis و Sama ارائه شده اند. هر چند کاربرد اصلی تحلیل اگزرژی برای ارزیابی یک سیستم در قالب یک تحلیل ترمواکونومیکی مطرح میگردد که نه تنها ناکارآمدیها را در نظر میگیرد بلکه هزینههای مرتبط با این ناکارآمدیها و همچنین هزینههای سرمایه گذاری مورد نیاز برای کاهش این ناکارآمدیها را نیز لحاظ میکند.
۳-۲-۳ متغیرهای اگزرژتیک
ارزیابی عملکرد و بهینه سازی طراحی سیستمهای حرارتی نیازمند به تعیین راندمان اگزرژتیک و یک روش مناسب تعیین هزینهی برای هر یک از اجزای سیستم میباشد. راندمان اگزرژتیک برای یک جز بصورت نسبت بین محصول و سوخت تعریف میگردد. محصول و سوخت یک جزء با در نظرگرفتن نتیجه مطلوبی که بوسیله آن جز تولید میگردد و همچنین منابعی که برای تولید آن نتیجه صرف میگردند، تعیین میشوند.

(۳-۲۸)

راندمان اگزرژتیک در صورتیکه به گونه ای مناسب تعریف شده باشد، تنها متغیری است که بدون هیچ گونه ابهامی خصوصیات عملکردی یک جز را از دیدگاه ترمودینامیکی مشخص میسازد. جدول (۳-۱) نحوه تعریف سوخت و محصول را برای بعضی از اجزای منتخب در سیستمهای حرارتی و در حالت کارکرد پایدار نشان میدهد.
نرخ تخریب اگزرژی در جز k ام یک سیستم بوسیله رابطهی زیر تعیین میگردد:

پژوهش – بهینه سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم تولید همزمان توان …

(۳-۲۲)

و بالاخره نشان دهنده نرخ تخریب اگزرژی به علت بازگشت ناپذیریهای داخل حجم کنترل میباشد که می تواند بوسیله رابطهی (۳-۲۰) و یا رابطهی برای یک حجم کنترل محاسبه گردد.
در شرایط پایدار رابطهی (۳-۲۰) بصورت زیر تبدیل خواهد شد:

برای دانلود متن کامل این فایل به سایت torsa.ir مراجعه نمایید.

(۳-۲۳)

۳-۲-۲-۳ تخریب اگزرژی
ناکارآمدیهای ترمودینامیکی واقعی در یک سیستم حرارتی به تخریب اگزرژی و اتلاف اگزرژی در آن سیستم مربوط میشود. تمامی فرآیندهای واقعی به علت وجود اثراتی همانند واکنش شیمیایی، انتقال حرارت بواسطهی اختلاف دمای محدود، اختلاط مواد با ترکیبات و حالتهای مختلف، انبساط آزاد و اصطکاک، فرآیندهایی بازگشت ناپذیر هستند. یک تحلیل اگزرژی اجزایی از سیستم را که دارای بیشترین ناکارآمدی ترمودینامیکی هستند و نیز فرآیندهایی که مسبب آن میشوند مشخص مینماید.
بطور کلی ناکارآمدیها در یک جز سیستم در صورتی که باعث کاهش هزینه سرمایه گذاری کل سیستم و یا کاهش هزینهی سوخت در اجزای دیگر نشوند، باید از بین رفته و یا کاهش یابند.
تلاش برای کاهش مصرف منابع انرژی باید بر روی اجزایی متمرکز گردد که بیشترین پتانسیل را برای بهبود و اصلاح دارند. در حال حاضر و باتوجه به وضعیت پیشرفتهای تکنولوژیکی، بعضی از موارد تخریب و یا اتلاف اگزرژی در اجزای یک سیستم اجتناب ناپذیرند. برای مثال قسمت عمده تخریب اگزرژی در یک فرایند احتراق نمیتواند حذف شود و تنها قسمت کوچکی از آن را میتوان بوسیله پیش گرم کردن مواد اولیه احتراق و یا کاهش مقدار هوای اضافی کاهش داد.
در یک فرایند بهینهسازی ترمودینامیکی هدف کمینه سازی ناکارآمدیهاست در حالی که در بهینهسازی ترمواکونومیکی هدف تخمین مقادیری از ناکارآمدیهای ترمودینامیکی می باشد که از لحاظ هزینه بهینه باشند.
 
شکل ۳-۲: پروفیل دما و دمای متوسط ترمودینامیکی برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک در فشار ثابت عبور میکنند
انتقال حرارت بواسطه یک اختلاف دمای محدود فرایندی بازگشت ناپذیر میباشد. شکل (۳-۲) پروفیل دما را برای دو جریان که از یک مبدل حرارتی آدیاباتیک عبور میکنند نشان میدهد.
برای محاسبهی تخریب اگزرژی بعلت انتقال حرارت از جریان گرم به جریان سرد میتوان از رابطهی زیر استفاده نمود:

(۳-۲۴)

که دمای متوسط ترمودینامیکی برای جریان گرم و جریان سرد به طریق زیر بدست میآیند:

(۳-۲۵)

(۳-۱۸)

در فرایندی که در طی آن حجم سیستم افزایش مییابد (V2>V1)، کار (V2>V1)pکه بر روی محیط انجام میگیرد برای استفاده در دسترس نمیباشد ولی هنگامی که دوباره سیستم به حجم اولیهاش (V1) باز میگردد این کار قابل بازیافت میباشد.
بخشی از اگزرژی که برای یک سیستم حرارتی واقعی تامین میشود به علت بازگشت ناپذیریهای داخلی سیستم تخریب میگردد. مقدار تخریب اگزرژی ED برابر است با حاصلضرب میزان تولید آنتروپی، Sgen ، در داخل سیستم و در دمای محیط T0:

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  jemo.ir  مراجعه نمایید.

(۳-۱۹)

بنابراین تخریب اگزرژی هم میتواند از طریق تولید آنتروپی و با بکار بردن بالانس آنتروپی محاسبه گردد و یا مستقیماً از بالانس اگزرژی محاسبه میشود. در یک فرایند ایده آل مقدار ED برابر صفر خواهد بود.رابطهی (۳-۱۹) به تئوری گوی- استودلا معروف است.
۳-۲-۲-۲ بالانس اگزرژی برای حجم کنترل
انتقال اگزرژی از مرزهای یک حجم کنترل میتواند بواسطه جریانهای مواد و یا انتقال انرژی از طریق کار یا حرارت صورت گیرد. شکل کلی بالانس اگزرژی برای یک حجم کنترل که دارای چندین جریان ورودی و خروجی باشد بصورت زیر خواهد بود:

(۳-۲۰)

که در رابطهی فوق و نرخ انتقال اگزرژی کلی در ورودیها و خروجیهای حجم کنترل میباشد. ترم نشان دهندهی نرخ انتقال حرارت بر روی مرزهای حجم کنترل و تحت دمای میباشد. نرخ انتقال اگزرژی مرتبط با آن ، عبارت است از:

(۳-۲۱)

نرخ انتقال اگزرژی مربوط است به نرخ انتقال انرژی بواسطه کار و کار جریان و بصورت زیر محاسبه میگردد:

اگزرژی شیمیایی استاندارد یک ماده که در شرایط محیط قرار ندارد، با در نظر گرفتن انجام یک واکنش برگشت پذیر بین آن ماده و سایر موادی که اگزرژی شیمیایی استاندارد آنها مشخص است، قابل محاسبه خواهد بود. در فرآیندهای تبدیل انرژی محاسبهی اگزرژی شیمیایی سوختهای فسیلی از اهمیت ویژه ای برخوردار میباشد.
شکل (۳-۱) یک دستگاه واکنشگر فرضی بازگشت پذیر، ایزوترم و ایزوبار را نشان میدهد که در آن یک سوخت در طی فرایندی پایدار بطور کامل با اکسیژن واکنش انجام داده و CO2 و H2O و SO2 و N2 تولید میگردد. چنین فرض میشود که تمامی مواد بصورت غیرمخلوط در دمای و فشار وارد شده و خارج میگردند.
 
شکل ۳-۱ : وسیلهای برای ارزیابی اگزرژی شیمیایی یک سوخت
اگزرژی شیمیایی یک سوخت فسیلی برحسب مول با استفاده از بالانس آنتروپی، انرژی و اگزرژی برای واکنش برگشت پذیر فوق الذکر میتواند محاسبه گردد:

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت azarim.ir مراجعه نمایید.

(۳-۹)

که در رابطهی فوق:

(۳-۱۰)
(۳-۱۱)
(۳-۱۲)
(۳-۱۳)

I= , O, CO, H2O , SO, N2
K=O, CO, H2O , SO, N2
در اینجا و و به ترتیب نشان دهنده آنتالپی مولار، آنتروپی مولار، و تابع گیبس برای واکنش احتراق بازگشت پذیر سوخت با اکسیژن میباشند. واکنش احتراق بازگشت پذیر سوخت با اکسیژن میباشند. ارزش حرارتی مولار بالای سوخت و vk (vi ) ضریب استوکیومتریک مادهی k ام (i ام) موجود در این واکنش میباشد. ارزش حرارتی بالا، اصلیترین جزء تشکیل دهندهی اگزرژی شیمیایی یک سوخت فسیلی میباشد. برای محاسبهی سریع، میتوان اگزرژی شیمیایی مولار یک سوخت فسیلی را به کمک ارزش حرارتی مولار بالای آن بصورت زیر تخمین زد:

(۳-۴)

که و به ترتیب نشان دهندهی نرخ آنتالپی و آنتروپی میباشند. زیروند ۰ نیز نشان دهندهی مقادیر این خصوصیتها در دمای و فشار محیط میباشد.
اگزرژی جنبشی و پتانسیل به ترتیب برابر همان انرژی جنبشی و پتانسیل هستند:

(۳-۵)
(۳-۶)

که در این روابط V و z به ترتیب نشان دهنده سرعت و ارتفاع نسبت به یک مختصات مرجع در محیط (V0=0 , z0=0) میباشند. روابط (۳-۵) و (۳-۶) میتوانند هم برای سیستمها و هم برای جریانهای مواد بکار روند.
اگزرژی شیمیایی عبارت است از حداکثر کار مفید قابل دستیابی وقتی که یک سیستم که در دمای و فشار قرار داد به حالت تعادل شیمیایی با محیط برسد. بنابراین برای محاسبهی اگزرژی شیمیایی نه تنها باید دما و فشار مشخص باشد بلکه ترکیب شیمیایی محیط نیز باید مشخص گردد. از آنجایی که محیط طبیعی ما در حالت تعادل نمیباشد لازم است که یک محیط مرجع اگزرژی مدل گردد. استفاده از جدول مقادیر اگزرژی شیمیایی استاندارد برای موادی که در محیط و در شرایط استاندارد (pref = 1.013 bar ،Tref = 298.15 K ) قراردارند، محاسبهی مقادیر اگزرژی را تسهیل مینماید.
مقادیر اگزرژی شیمیایی استاندارد در جداول برای محیطهای متفاوت وجود دارد. تاثیر تغییرات جزئی در مقادیر و بر روی مقادیر اگزرژی شیمیایی مواد مرجع در کاربردهای عملی میتواند صرفنظر گردد.
اگزرژی شیمیایی یک مخلوط ایده آل از N گاز ایده آل بصورت زیر محاسبه میگردد:

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  fotka.ir  مراجعه نمایید.

(۳-۷)

در صورتیکه دمای محیط T0 باشد، اگزرژی شیمیایی استاندارد مولار ماده k ام خواهد بود، و xk کسر مولی ماده k ام در سیستم و در دمای T0 میباشد.
برای محلول مایعات، اگزرژی شیمیایی در صورتی که ضرایب فعالیت، γk، معلوم باشند بصورت زیر محاسبه خواهد شد:

دسترسی متن کامل – بهینه سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم …

بهینهسازی کل سیستم یا یک جز خاص از آن
پی بردن به فرآیند شکلگیری هزینه و جریان هزینه ها در یک سیستم
ترمواکونومیک از نتایج حاصل از شبیهسازی سیستمهای انرژی و تحلیل های ترمودینامیکی (اگزرژتیکی) و اقتصادی استفاده نموده و اطلاعات مفیدی را برای ارزیابی این سیستمها و همچنین بهینهسازی طراحی و عملکرد آنها با بکارگیری تکنیکهای مختلف بهینهسازی نظیر تکنیکهای ریاضی و هوش مصنوعی فراهم میکند.
۳-۲ تحلیل اگزرژی
یک تحلیل اگزرژی مکان، اندازه و همچنین منابع ناکارآمدی ترمودینامیکی در یک سیستم را مشخص مینماید. این اطلاعات که از طریق دیگری (مثلاً تحلیل انرژی یا قانون اول) قابل دستیابی نمیباشند برای بهبود دادن راندمان کل و همچنین کارآیی اقتصادی یک سیستم و یا برای مقایسهی عملکرد سیستمهای مختلف بسیار سودمند میباشند. همچنین یک تحلیل اگزرژی، اگزرژی هر یک از جریانها، مقدار واقعی اتلاف انرژی و یا بعبارتی ناکارآمدیهای ترمودینامیکی (تخریب اگزرژی و اتلاف اگزرژی) و همچنین راندمان اگزرژتیک را برای هر یک از اجزای سیستم تعیین مینماید. در اینجا بعنوان قرارداد، کاری که بر روی یک سیستم انجام میگیرد و همچنین حرارت منتقل شده از سیستم منفی و کاری که توسط سیستم انجام میگیرد و حرارت داده شده به سیستم مثبت در نظر گرفته میشوند.
۳-۲-۱ اجزای اگزرژی
اگزرژی عبارت است از حداکثر کار مفید تئوری (کار محوری یا الکتریکی) که میتوان از یک سیستم حرارتی بدست آورد وقتی به حالت تعادل ترمودینامیکی با محیط برده میشود و تنها با محیط اطراف خود برهمکنش داشته باشد. یا بطور معادل میتوان گفت اگزرژی عبارت است از حداقل کار تئوری (محوری یا الکتریکی) مورد نیاز برای اینکه یک مقدار از ماده را از حالتی که در تعادل با محیط میباشد به یک حالت مشخص ببرد. بنابراین میتوان چنین تعبیر کرد که اگزرژی نشان دهنده میزان انحراف حالت یک سیستم نسبت به حالت محیط میباشد.
محیط یک سیستم بزرگ در حالت تعادل میباشد که متغیرهای حالت (T0,P0) و پتانسیل شیمیایی اجزای شیمیایی موجود در آن هنگامی که در فرآیندهای ترمودینامیکی به تبادل جرم و حرارت با سیستمهای دیگر میپردازد، ثابت میماند. این نکته مهمی است که هیچ واکنش شیمیایی نمیتواند بین اجزای شیمیایی محیط صورت گیرد. محیط عاری از هر گونه بازگشت ناپذیری است و اگزرژی محیط برابر صفر میباشد. محیط درواقع قسمتی از فضای اطراف هر سیستم میباشد.
در غیاب اثرات هسته ای، مغناطیسی، الکتریکی و کشش سطحی، اگزرژی کل یک سیستم Esys میتواند به چهار جز تقسیم گردد:

(۳-۸)
برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت azarim.ir مراجعه نمایید.

(۳-۱)

زیروند sysاگزرژی کلی و اگزرژی فیزیکی را از سایر مقادیر اگزرژی بواسطه شامل بودن انتقالهایی که مرتبط با جریانهای مواد میباشد، متمایز میسازد.
اگزرژی کل به ازای واحد جرم esys بصورت زیر خواهد بود:

(۳-۲)

اگزرژی فیزیکی برای یک سیستم ترمودینامیکی بوسیله رابطهی زیر محاسبه میگردد:

(۳-۳)

که S و U و V به ترتیب نشان دهندهی انرژی داخلی، حجم و آنتروپی سیستم میباشند. زیروند ۰ بیانگر حالت همان سیستم در دمای و فشار محیط میباشد.
نرخ اگزرژی فیزیکی که مربوط به جریان جرمی میباشد و با زیروند ms نشان داده میشود عبارت است از:

در رابطهی (۲-۶۹)،  نشاندهندهی فشار بخار احیاست. PCF و TCF نیز بهترتیب ضریب تصحیح[۱۶] فشار بخار احیا و ضریب تصحیح دمای بخار مکششده هستند. روابط (۲-۷۰) و (۲-۷۱) برای محاسبهی این دو ضریب معرفی میشوند.

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  ۴۰y.ir  مراجعه نمایید.

(۲-۷۰)
(۲-۷۱)

در روابط (۲-۷۰) و (۲-۷۱)،  برحسب (kPa) و Tev برحسب  است. روابط مذکور صرفاً برای بخار آب و در محدودههای زیر برقراراند ]۱۳ [:
حال که مقدار جدید برای نسبت مکش، فشار بخار مکش و فشار بخار خروجی از ترموکمپرسور بهدست آمد با سعی و خطا و تکرار، مقادیر نهایی صحیح بهدست میآیند. الگوریتم دقیق حل در قسمت بعد توضیح داده میشود.
۲-۴ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار و محصولات حاصل از احتراق
۲-۴-۱ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای آب ، بخار
برای محاسبهی خواص ترمودینامیکی آب و بخار ابتدا از رابطهی پیشنهادی ایروین و لیلی[۸] استفاده شد. با اینکه روابط پیشنهادی آنها، از دقت خوبی برخوردار است، ولی خطای کم موجود در این روابط به دلیل استفادهی چند باره از این روابط در طول برنامه موجب افزایش درصد خطا در برنامه شده و اختلافهایی در نتایج حاصل به وجود خواهد آورد از این رو برای بهبود نرمافزار، از روابط IAPWS – IF97 استفاده میشود.
روابط IAPWS – IF97 که در سال ۱۹۹۷ توسط انجمن بینالمللی خواص آب و بخار تولید شده است، آخرین و دقیقترین روابطی است که میتوان با استفاده از آن، خواص ترمودینامیکی آب و بخار را محاسبه نمود. در این زیر برنامه با مشخص بودن فشار و یکی از پارامترهای دما، آنتالپی یا آنتروپی بقیهی خواص مشخص میشود. روابط ارائه شده در این استاندارد بسیار دقیق بوده و اعداد آن تا ۱۴ رقم دقت دارد. البته برای تحلیل چرخههای نیروگاه حرارتی، نیازی به این دقت نیست. ولی، دقت کافی استاندارد IAPWS – IF97 میتواند، کیفیت و صحت جوابهای ما را تضمین نماید.
دراستاندارد IAPWS – IF97 نواحی ترمودینامیکی آب و بخار را بر اساس دما و فشار به پنج منطقه تقسیم نموده است (شکل ۲-۹) در نواحی ۱،۲و ۵ از تابع انرژی آزاد گیپس g(P,T) و در ناحیهی ۳ از تابع انرژی آزاد هلمهولتز ƒ(ρ,T) و در ناحیهی ۴ از فشار اشباع Ps(T) برای یافتن دیگر خواص ترمودینامیکی استفاده شده است. برای نواحی ۱،۲ و ۴ نیز روابط برگشتی برای یافتن دما، در حالتی که به جای دما، آنتالپی مشخص باشد نوشته شده است.
تقسیم بندی روابط استاندارد IAPWS – IF97 به صورت زیر است:
منطقه ۱ برای حالت مایع از پایین به فشار ۱۰۰مگاپاسکال و تا دمای بحرانی
منطقه ۲ برای بخار و حالت گاز ایده آل است تا دمای ۸۰۰ درجهی سانتی گراد
منطقه ۳ برای دولت ترمودینامیکی در اطراف نقطه بحرانی
منطقه ۴ برای منحنی اشباع (مایع بخار تعادل)
منطقه ۵ برای دماهای بالاتر ۱۰۷۳٫۱۵ کلوین (۸۰۰ درجه سانتیگراد) تا ۲۲۷۳٫۱۵ کلوین (۲۰۰۰ درجه سانتیگراد) و فشار تا ۱۰ مگاپاسکال (۱۰۰ بار).
 
شکل ۲-۹: نمودار ناحیه بندی برای معادلات حاکم در روش IAPWS-IF97
روابط استاندارد IAPWS – IF97 در پیوست آمده است. تمامی روابط پیشنهادی توسط استاندارد IAPWS – IF97 به صورت سری توانی آمده است که کار محاسبات را تا حد زیادی ساده کرده است.
۲-۴-۲ روابط ترمودینامیکی استفاده شده برای مخلوط دود ورودی به بویلر بازیاب حرارت
برای روابط دود عبوری از بویلر بازیاب از روابط پیشنهادی ایروین و لیلی استفاه شده است زیرا دارای خطای کمی می باشد و چون روابط دود در بویلر برای هر مرحله تنها یک بار استفاده میشود تجمع خطا برای گازها وجود ندارد در نتیجه خطای موجود در این روابط اضافه نخواهد شد.
روابط ایروین ولیلی برای محاسبه خواص گازها نیز به طور کامل در پیوست آمده است. با استفاده از آنالیز گازهای ورودی به بویلر بازیاب، آنتالپی یا حرارت مخصوص فشار ثابت برای گازهای ایدهآل موجود در آنالیز دود از این روابط قابل محاسبه خواهد بود.
روابط محاسبهی آنتروپی محصولات حاصل از احتراق که در آنالیز اگزرژی مورد استفاده قرار گرفته است نیز با استفاده از مرجع [۱۶] محاسبه شده است. مقادیر خطای این روش در جدول (۲-۳) نشان شده است.
جدول ۲-۳ مقادیر خطا در محاسبات آنتروپی دود

گاز مورد نظر میزان خطا
اکسیژن ۵-۱۰×۶۷/۰
نیتروژن ۴-۱۰×۲۳/۰
دی اکسید کربن ۴-۱۰×۶۰/۰
دی اکسید نیتروژن ۵-۱۰×۵۴/۰

۲-۵ الگوریتم ژنتیک
ایده الگوریتم ژنتیکی یا GA از دو اصل انتخاب و تولید نسل در طبیعت بهره برده است. با گذشت زمان ساختار ژنتیکی موجودات تغییرکرده و نسلهای جدیدتر با محیط سازگاری بیشتری دارند. بدین طریق که امکان زنده ماندن و تولید مثل موجودات قویتر بیشتر از موجودات ضعیف میباشد. در نسلهای جدیدتر ساختار ژنتیکی موجودات قوی تکرار میشود و موجودات ضعیف از بین میروند. در بعضی موارد نیز جهش بوجود میآید بدین معنی که از آمیزش دو موجود، موجودی متولد میشود که بر اثر جهش ژنتیکی خیلی بهتر یا بدتر از والدین خود میباشد و به تعبیری یک نابغه یا یک عقب مانده متولد میشود و در نسلهای بعدی تأثیر میگذارد. طبیعت تضمین میکند که این نوع زاد و ولد موجب تولید موجودات بهتر شود.
الگوریتم ژنتیکی بر این اساس ابزاری ساده، ولی قدرتمند است. یک روش بهینه سازی بر اساس جستجو است که توسط جان هولند و شاگردانش در دانشگاه میشیگان ارائه شد. بعضی مسایل دارای راه حلهای مشخص میباشند: برای حل مسائل خطی با محدودیتهای خطی، معمولاً از روشهای حل LP(برنامه ریزی خطی) استفاده میشود و همچنین برای حل مسائل غیر خطی با محدودیتهای غیرخطی از NLP (برنامه ریزی غیر خطی) استفاده میشود. در حقیقت به این دلیل که بسیاری از روشها در محدوده مسائل خاص کاربرد دارند، پیدا کردن روش مناسب برای حل یک مسئله نیز خود مشکل دیگری است. بعضی روشها به دلیل محدودیت برای حل مسائل خاص خود نیز دچار مشکل میشوند. مثلاً برای بدست آوردن بیشینه یا کمینه یک تابع مشتقپذیر میتوان از مشتقگیری استفاده کرد. اما اگر این تابع مشتقپذیر نباشد و یا تعریف صریحی نداشته باشد، چه باید کرد؟
یکی از روشهای حل این گونه مسائل، الگوریتم ژنتیکی است که به دلیل استفاده از جستجو و همچنین مقدار تابع در نقاط مختلف فضای جستجو هیچ گونه عملیاتی بر روی تابع انجام نمیدهد. بعضی روشها مانند نیوتن کواسی، گرادیان کانجوگیت برای شروع حل مسئله نیاز به داشتن جواب نزد یک به جواب بهینه میباشند و این خود در بعضی مواقع موجب نیازمندی آنها به روشهای دیگری است که جوابی نزدیک به جواب بهینه تولید کنند، اما در الگوریتم ژنتیکی و روشهایی مانند جستجوی تصادفی شروع حل مسئله از نقاط تصادفی در فضای جستجو صورت میگیرد.
البته لازم به ذکر است که سرعت رسیدن به جواب در روشهایی مانند الگوریتم ژنتیکی و جستجوی تصادفی کمتر از سیمپلکس، نیوتن کواسی و… میباشد.
۲-۵-۱ مفاهیم الگوریتم ژنتیک
هدف الگوریتم ژنتیکی به دست آوردن جواب بهینه یا نزدیک به بهینه میباشد, برای این کار:
با پارامترهای کد شده کار میکند نه با خود پارامتر.
جستجو را بوسیله جمعیتی از نقاط انجام میدهد، نه یک نقطه. فقط به ذکر این نکته بسنده میکنیم که تعداد این نقاط نیز مهم است، به این صورت که تعداد جمعیت زیاد محاسبات را بسنده میکنیم که تعداد این نقاط نیز مهم است، به این صورت که تعداد جمعیت زیاد محاسبات را پوشش نداده و ممکن است الگوریتم در یک جواب محلی گیر کند.
از مقدار تابع در نقاط مختلف فضای جستجو استفاده میکند و نیازی به دانستن مشتق تابع یا اطلاعات دیگری از تابع ندارد.
الگوریتم ژنتیک از قوانین آماری استفاده می کند نه از قوانین محاسباتی.
برخی مفاهیم که در پیاده سازی الگوریتمهای ژنتیک به آنها برخورد میکنیم در زیر آورده شده است:
ژن و کروموزوم: ژن کوچکترین واحد سازنده GA میباشد. در حقیقت ژنها برای نمایش شکل کد شده پارامترها میباشد. به رشته ای از ژنها، کروموزوم میگویند. برای مثال وقتی متغیر X را به صورت باینری کد میکنیم، هر “۰” و “۱” یک ژن محسوب میشود و به رشتهای از این “۰” و “۱” ها که متغیر X را میسازند و در حقیقت شکل کد شده متغیرند، کروموزوم میگوییم.
تابع معیار: تابع معیار تابعی است که قرار است بهینه شود و وسیله لازم برای ارزیابی هر کروموزوم را فراهم میآورد. تابع معیار به هر کروموزوم یک عدد نسبت میدهد که مقدار این عدد میزان خوب بودن یا مناسب بودن آن کروموزوم را نشان میدهد. برای مثال وقتی میخواهیم خطای یک سیستم پیوسته به پاسخ پله را کمینه کنیم تابع معیارهای زیر مناسب میباشند :
و که e(t) مقدار خطا در هر لحظه میباشد.
جمعیت و نسل: جمعیت تعداد نقاطی از فضای جستجو است که GA با آنها به سمت جواب بهینه میرود. برای این کار عملگرهای مختلفی بر روی جمعیت اعمال میشوند و جمعیتی به وجود میآید که جایگزین جمعیت قبل میشود و با اعمال دوباره عملگرها این روند ادامه مییابد. این تکرارها نسلهای GA را بوجود میآورند.
والدین و فرزندان: در هر نسل افراد جمعیت به صورت جفت جفت و براساس احتمالی متناسب با تابع معیارشان انتخاب شده تا عملگرها بر روی آنها اعمال شود. به این جفتها “والدین” گفته میشود. پس از انجام عملگرها بر روی والدین، یک جفت موجود تولید میشود که “فرزندان “آنها میباشند.
۲-۵-۲ الگوریتم ژنتیکی ساده :
الگوریتم ژنتیکی به روشهای مختلف و با عملگرهای متنوعی پیادهسازی شده اند. آنچه در این پروژه به کار گرفته شده است، الگوریتم ژنتیکی ساده است که دیاگرام بلوکی آن در شکل (۲-۱۰) آورده شده است. انجام عملیات الگوریتم نیاز به پیادهسازی سه مرحله دارد :

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  jemo.ir  مراجعه نمایید.

تحقیق دانشگاهی – بهینه سازی ترمواکونومیک و اگزرژو اکونومیک بویلربازیاب حرارت سیکل ترکیبی و سیستم …

(۲-۶۴)

نسبت فشار ترموکمپرسور و از ورودیهای برنامه، بسته به نوع ترموکمپرسور انتخابی است.  و  بهترتیب فشار بخار خروجی از ترموکمپرسور و مکش را نشان میدهند. یکاهای مورد استفاده در اینجا برای فشار (kPa) بودهاست.

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  jemo.ir  مراجعه نمایید.

(۲-۶۵)

و  بهترتیب آنتالپیهای مخصوص بخار خروجی از بویلر بازیاب و بخار مکششده (kJ/kg) هستند.  نیز آنتالپی مخصوص بخار خروجی از ترموکمپرسور است. حال با ترکیب قوانین اول ترمودینامیک برای ترموکمپرسور و دیسوپرهیتر به رابطهی جالب زیر برای یافتن مقدار دبی بخار لازم از بویلر بازیاب میرسیم:

(۲-۶۶)
(۲-۶۷)
(۲-۶۸)

و  بهترتیب آنتالپیهای مخصوص بخار و مایع اشباع در فشار خروجی از ترموکمپرسور که همان فشار خروجی از دیسوپرهیتر نیز هست میباشند.  دبی جرمی کل خروجی از دیسوپرهیتر[۱۵] است که به درون لولههای افکت اول میرود. این همان پارامتری است که در ابتدا حدس زده میشود و در یک حلقهی آنقدر دچار تغییر (بالا یا پایین) میشود تا ظرفیت تولید آب شیرین به مقدار مدنظر طراحی برسد. با حدس آن، دبی مورد نیاز بویلر بازیاب، دبی بخار مکششده و دبی مایع اشباع مورد نیاز در دیسوپرهیتر (  ) طبق رابطههای(۲-۶۶)، (۲-۶۷) و (۲-۶۸) نیز بهدست میآیند و با تصحیح آن در پروسههای برنامه، مقادیر هر ۳ دبی جرمی گفتهشده نیز اصلاح میشود.
البته باید دقت کرد که بهدلیل حدسی بودن  ، پس از طی پروسههای کل افکتها و یافتن مقدار جدید این فشار، مقدار آن با مقدار جدید جایگزین میشود که این خود، مقدار فشار تخلیه از ترموکمپرسور (  ) و نسبت مکش حدسی اولیه را تغییر میدهد که نسبت مکش جدید با کمک رابطهی ال-دسوکی و ال-اتونی طبق رابطهی (۲-۶۹) حاصل میشود]۱۳ [:

(۲-۶۹)