Department of Mechanical Engineering

Permanent URI for this collection

Browse

Recent Submissions

Now showing 1 - 5 of 35
  • Item
    Gas Turbine Power Augmentation through Water Injection: Khartoum North Power Plant (Case Study)
    (University of Khartoum, 2022-09) Khalid Ahmed Dafallah Elmahdi
    Abstract Regions that experience ambient temperatures rising during hot seasons have significant losses on both output power and efficiency of gas turbines. The air density decreases with temperature rise, reducing the mass flow rate across the turbine, and hence leads to reduction of the gas turbine power by 0.5% to 0.9% of the ISO output power for every 1°C. Power augmentation techniques are based on the philosophy of increasing the gas turbine mass flow rate. Khartoum North Power Plant is equipped with water injection system which inject 0:1 to 1:1 water/fuel ratio to the combustion chamber. This study shows that, operating the units by water injection increases the capacity of the units by 18%. However, the thermodynamic efficiency is reduced by 0.81%, as a result; of the increase in heat rate (fuel use), due to taking some of the energy from combustion gases to vaporize the water. The cost of the produced energy when using water injection is (0.069 USD/kWh), which is less in value than the case of operating the units dry (without water injection), which indicates a value of (0.071 USD/kWh).
  • Item
    Improvement of the Efficiency of the Condenser of the Air-cooled chiller by using Evaporative Cooling System
    (University of Khartoum, 2022) Mohanad Abdalla Abdelhalim Abdalla
    Abstract This Research aims to improve the condenser efficiency of the air-cooled system by using evaporative cooling system units, which improve the coefficient of performance (COP) of the system and thus improve the efficiency of the condenser. It also works to reduce energy consumption, protects the compressor and maintain the condenser and compressor operation in a dry climate and high outside temperature. This verification is done to improve the condensing unit efficiency by experimenting with a model to which evaporative cooling units have been added. To predict important indicators affecting the system performance, such as temperature, dew points and relative humidity, under different conditions ranging from 42°C to 48°C in summer and 25°C to 35°C in winter. The results indicated that the usage of the evaporative cooling units in an air-cooled system has a significate effect on increasing the coefficient of performance and thus improving the condenser efficiency of the system. After comparison with an air-cooled condensing system, it has been found that the refrigerant effect has increased from 1063 kW to 1490 Kw, i.e., by 40.1%; while the coefficient of performance has increased from 2.6 to 3.44, i.e., by 32.3%. Meanwhile, the efficiency has been improved by 32%, which resulted in decreasing the annual operational cost by$9,048.326 - equivalent to 90,483.26 kWh. المستخلص يهدف هذا البحث إلى تحسين كفاءة المكثف لنظام تبريد يعمل بالمكثفات الهوائية وذلك باستخدام وحدات النظام التبخيري والتي تؤثر في رفع معامل أداء المنظومة وتحسين كفاءة المكثف، أيضا تعمل علي تقليل استهلاك الطاقة، وحماية الضاغط وتحافظ علي استمرارية التشغيل للمكثف والضاغط في مناخ جاف ودرجة حرارة خارجية مرتفعة. تم التحقق من تحسين كفاءة وحدة التكثيف من خلال تجربة نموذج بعد إضافة وحدات النظام التبخيري له للتنبوء بالعوامل الهامة المؤثرة علي معدل أداء النظام مثل درجة الحرارة ونقطة الندى والرطوبة النسبية. وذلك تحت ظروف مختلفة لدرجة حرارة الهواء المحيط حيث تتراوح بين 42 الى 48 درجة مئوية صيفاً و25 الى 35 درجة مئوية شتاءً. اظهرت النتائج بعد المقارنة مع نظام تبريد يعمل بالمكثفات الهوائية أن الأثر التبريدي قد زاد من 1063 كيلووات الى1490 كيلو وات بنسبة زيادة 40.1% ، كما ارتفع معامل الأداء من2.6 الى 3.44،أي بنسبة 32.3%، وتحسنت الكفاءة بنسبة 32%،وتبعا لذلك انخفضت التكلفة التشغيلية السنوية بقيمة9,048.326 دولاراً أمريكياً بما يعادل90,483.26 كيلووات ساعة .
  • Item
    Water quality in Khartoum state with emphasis on disinfection process
    ( 2016) Amel Abd Elghaffar
    The aim of this study is to assess water quality in Khartoum state with emphasis on disinfection process and effectiveness of turbidity on disinfection process, in addition to evaluate disinfection system in bottled water and in swimming pool. The study was carried out in Khartoum bahry area and Omdurman area, during the period of November 2015 to February 2016. The approach of the study includes site visits, field tests, and laboratory analysis, in addition to acquiring information from relevant authorities. The tests were performed, parameters of water quality which are tested include, turbidity, TDS, PH, chlorine residual, bacteriological tests, alkalinity. Laboratory analysis was carried out for 80 samples (45 samples in Omdurman, and 35 samples in Khartoum bahry). Secondary data was collected from (KSWC) Khartoum state water corporation, Khartoum bahry treatment plant, elmanara treatment plant and other authorities also from text books, magazines, internet web sites. Chlorine residual had been detected and evaluated in field in range (0.1mg/l 0.35mg/l), also turbidity were detected more than permissible value(10- 20NTU) in Khartoum bahry treatment plant whereas turbidity in elmanara treatment plant below permissible value (0.95-5NTU), In addition to computation of the average production of the treatment plant in year and the rate of consumption of chlorine and PAC (poly aluminum chloride) in year and to calculate the rate of water consumption per day, Khartoum bahry treatment plant represent 31% of water supply of Khartoum state whereas elmanara represent 25% of water supply of Khartoum state . Also the total coli form bacteria test were carried out to evaluate the effectiveness of disinfection system which used in bottled water, also the disinfection system in swimming pool were evaluated. The study recommends carrying out tests in the flood season in order to obtain values of water quality parameters during the high sediment loads in the river. Also amount of chemical utilized during the flood season will be obtained. V المستخلص الهدف من هذه الدراسة هو تقٌٌم جودة مٌاه الشرب فى والٌة الخرطوم بالتأكٌد والتركٌز على عملٌة التطهٌر باإلضافة الى تقٌٌم نظام التعقٌم فى المٌاه المعبأة ونظام التطهٌر فى المسابح، حٌث أجرٌت الدراسة بكل من منطقة بحرى ومنطقة أمدرمان، فى الفترة من نوفمبر2015 الى فبراٌر 2016 منهج الدراسة تضمن الزٌارات المٌدانٌة، اإلختبارات الحقلٌة، اإلختبارات المعملٌة، المعلومات المجمعة من الجهات ذات الصلة. اإلختبارات التى أجرٌت تضمنت الكلور المتبقً ، العكارة، االمالح الذائبة الكلٌة، الرقم الهٌدروجٌنً ،اختبار فحص البكترٌا وأختبار القلوٌة. نفذت اإلختبارات المعملٌة على 80عٌنة )45عٌنة فى أمدرمان، 35عٌنة فى بحري(. جمعت البٌانات الثانوٌة من هٌئة مٌاه والٌة الخرطوم، محطة بحري لمعالجة المٌاه، محطة المناره لمعالجة المٌاه والجهات األخرى ذات الصلة أٌضا من خالل الكتب والمجالت العلمٌة ومواقع اإلنترنت تم قٌاس واكتشاف الكلور المتبقى فى معظم العٌنات ورصد فى حدود)10.0-35.0 ) ورصدت العكاره) 20-10 )فى محطة بحرى )5-9.0 )فى محطة المناره، باإلضافة الى حساب متوسط انتاج كل محطة فى العام ومعدل إستهالك الكلور وتم حساب متوسط إستهالك كل فرد فى الٌوم، تساهم محطة الخرطوم بحري بنسبة 31%من اإلمداد المائى بالوالٌة بٌنما تمثل محطة المنارة نسبة 25 %من اإلمداد المائى بالوالٌة.باإلضافة الى أنة تم إجراء فحص البكترٌا لتقٌٌم فعالٌة نظام التعقٌم المستعمل فى المٌاه المعبأة، أٌضا تم تقٌٌم نظام التعقٌم المستخدم فى المسابح. أوصت الدراسة بضرورة تنفٌذ وإجراء إختبارات أخرى فى موسم الفٌضان للحصول على قٌم معاٌٌر جودة المٌاه خالل هذا الموسم ، أٌضا تم الحصول على كمٌة المواد الكٌمٌائٌة المستعملة فى موسم الفٌضان.
  • Item
    A Computer Program for the Estimation of the Solar Radiation and Flat Plate Collector Performance
    ( 2019) Hassan Ali ; Kamal Nasreldin Abdalla
    Abstract This research aims to design a computer program which can be used for the estimation of beam diffuse and total radiation for a specific day every hour for a specific location from sunrise local time to sunset local time depends on data related to the location understudy. The program can be also used for estimating the hourly flat plate collector thermal performance from local sunrise time to local sunset time depending on collector location data in addition to data related to the collector specifications and its working fluid.. In order to check program validity, the program results were compared with other results measured for Khartoum city – Sudan for a specific day , also another results comparison was done with previous experimental results achieved for two solar thermal flat plate collectors connected in parallel, reasonable agreement was found in both cases. Estimation of beam, diffuse and total radiation for a given location is one of the main requirements for any project related to solar energy and project location selection ,it is the effective factor determines the success of the system and important for selecting the optimum kind of solar technology (PV, FPCs ,PTCs or PDCs,…etc) for the location under study . The program aids for achieving the repeating experiments for flat plate collectors and then helps to determine system fault points, doing the required rectifications and collector design modifications to improve the collector performance. Also it gives the expected sun set local time and day length for the both cases mentioned. المستخلص يهدف البحث الى تصميم برنامج حاسوبي يغرض تقدير معدل االشعاع الشمسي المباشر والمنتشر والكلي ليوم محدد كل رأس ساعة لموقع معين ابتداء من زمن الشروق المحلي وحتى زمن الغروب المحلي للموقع تحت الدراسة اعتمادا على بيانات الموقع . كذلك يمكن بواسطة البرنامج تقدير االداء الحراري للمجمعات الشمسية الحرارية المسطحة ليوم محدد كل رأس ساعة ابتداء من زمن الشروق المحلي وحتى زمن الغروب المحلي اعتمادا على بيانات موقع المجمع تحت الدراسة باالضافة الى بيانات اخرى تتعلق بمواصفات المجمع ومائع التشغيل . بغرض التاكد من وثوقية البرنامج تم مقارنة نتائج االشعاع الشمسي المتحصلة بواسطة البرنامج مع نتائج اخرى تم قياسها لمدينة الخرطوم – السودان ليوم محدد ؛ كذلك تم مقارنة نتائج البرنامج مع نتائج تجربة تم اجراءها مسبقا لمجمعين مسطحين تم توصيلهما على التوازي وكانت االنحرافات في كال الحالتين معقولة. يعتبر تقدير االشعاع الشمسي المباشر والمنتشر والكلي لموقع معين من المطلوبات االساسية النشاء اي مشاريع تتعلق بالطاقة الشمسية واختيار الموقع االنسب للمشروع و هو العنصر الفعال في تحديد مدى نجاح النظام ومهم الخيار نوع التقنية االنسب للموقع المعني تحت الدراسة )خاليا شمسية ,مجمع شمسي مسطح,مجمع قطع مكافئ إسطواني,مجمع قطع مكافئ طبقي,...ألخ (. كما أن البرنامج يساعد في تسهيل اجراء التجارب المتكررة على المجمعات الشمسية الحرارية المسطحة وبالتالي تحديد مواضع الخلل واجراء التصحيحات و التعديالت االزمة في التصميم بغرض تحسين األداء . كذلك يعطي البرنامج زمن الغروب المتوقع بالتوقيت المحلي وعدد الساعات المشمسة لليوم المحدد والموقع المعني في كال الحالتين المذكورتين اعاله
  • Item
    Experimental and Numerical Analysis of Fluid and Heat Flow Through Solar Tunnel Dryer
    (University of Khartoum, 2020) Fahmy AbdAlla Mohammed Mustafa
    ABSTRACT This thesis presents an experimental and numerical simulation of solar tunnel dryer (STD) which its experimental has been conducted at the National Energy Research Center (NERC), Suba, Khartoum, Sudan. It consists of two parts: a solar air heating collector and a drying unit. Both parts have similar structures and are connected in series. The top side of both parts is covered by transparent Ultra-violet (UV) stabilized polyethylene sheet. For a ventilation system, two small axial flow DC fans (70 Watt each) powered by a solar cell module to suck ambient air into the collector to supply hot air directly into the drying unit. The product has to be dried will be distributed on one-layer on the steel net in the drying unit to receive heat from both the hot air supplied by the solar collector and incident solar radiation. The methodology has been used for analysis is computational fluid dynamic (CFD) which used to predict the temperature and velocity of the airflow. Numerical simulation of the heat transfer, velocity and temperature were conducted using the CFD code ANSYS-FLUENT software (version 15.0). The CFD modeling involves numerical solutions of the conservation equations of mass, momentum, and energy. These three equations were used to model convective heat transfer process with the following assumptions; transient time, turbulent flow, three-dimensional, Incompressible fluid and flow, type of solar radiation is a discrete transfer (DTRM), and wall motion is Stationary wall. It has been found that the velocity and temperature of airflow measured at 3.0 cm height above the absorber plate inside the STD varied between 2 and 3 m/s, 30 and 52oC respectively during drying test without loads. The simulated temperatures of air are compared to experimental results and a good agreement has been found. Also, it has been noticed that increasing air velocity at the inlet of the solar tunnel dryer decreases its temperature and relative humidity inside the solar dryer and vice versa. Thus, appropriate speed to obtain the appropriate drying temperature can be selected for any product depends upon its maximum allowable temperature for drying. In all cases, the use of the solar tunnel dryer leads to a considerable reduction of drying time, protects the product completely from rain, insects, and dust, and also increases drying quality of the product in comparison to sun drying. This system STD can be used for drying various agricultural products in sunny areas like Sudan. المستخلص أجريت هذه الأطروحة لدراسة المحاكاة العددية للمجفف الشمسي من النوع النفقي (Solar Tunnel Dryer) الذي أجريت تجاربه في المركز القومي لبحوث الطاقة (NERC)- سوبا - الخرطوم (السودان). يتكون هذا المجفف الشمسي من وحدتين، احداهما لتسخين الهواء والأخري للتجفيف، متصلتين على التوالي، يتم تزويد الهواء الساخن مباشرة إلى وحدة التجفيف باستخدام مراوح تيار مباشر DC)) تعمل بواسطة وحدة الخلايا الشمسية. يتم وضع المنتج المراد تجفيفه في طبقة واحدة على شبكة رقيقة مصنوعة من الحديد في وحدة التجفيف على أرتفاع محدد داخلها على حسب نوع المنتج المراد تجفيفه، ويستقبل هذا المنتج الحرارة من الهواء الساخن التي توفره وحدة المجمع الشمسي والإشعاع الشمسي المباشرمعاً. المنهجية المستخدمة للتحليل هي ديناميكية الموائع الحسابية (CFD) للتنبؤ بدرجات الحرارة وسرعة تدفق الهواء داخل المجفف الشمسي، وذلك باستخدام ANSYS-Fluent software (v 15.0) الذي يتضمن معادلات حفظ الكتلة(Mass) والزخم (Momentum) والطاقة (Energy). تم إستخدام هذه المعادلات الثلاث لتحليل إنتقال الحرارة مع الوضع في الإعتبارالافتراضات التالية: الوقت العابر(Transient time)، السريان مضطرب (Turbulent)، ثلاثي الأبعاد (Three-Dimensional)، المائع غيرقابل للإنضغاط (Incompressible fluid) ، نوع الإشعاع الشمسي هو (DTRM) وحركة الجدار ثابتةStationary wall) ). وجد أن سرعة ودرجة حرارة الهواء المتدفق داخل المجفف الشمسي (STD) اللاتي تم قياسهنّ على إرتفاع 3 سم أعلى السطح الماص يتراوحنّ بين 2 الى 3 م/ث، و 30 الى 52 درجة مئوية على الترتيب. وتمت مقارنة نتائج درجة حرارة الهواء داخل المجفف الشمسي المتحصل عليها من التجربة بالنتائج المتحصل عليها بإستخدام برنامج الأنسيس ((ANSYS-Fluent ووجد أن هنالك تقارب كبير بينهما. كما لوحظ أيضاً أنه كلما ذادت سرعة الهواء عند مدخل المجفف الشمسي قلت درجة حرارته ورطوبته النسبية داخله والعكس. وعليه يجب عند القيام بعملية التجفيف مراعاة إختيار السرعة المناسبة للهواء عند مدخل المجفف الشمسي؛ وذلك لأن لكل منتج درجة حرارة قصوى مسموح بها للحصول على منتج مجفف بجودة عالية. مما سبق يمكن القول أن الهدف من إستخدام مجفف النفق الشمسي هو تقليل وقت التجفيف مقارنة بالتجفيف المباشربالشمس، بالإضافة إلى أن المنتجات داخل المجفف تكون محمية تماماً من المطر والحشرات والأتربة وتكون ذات جودة عالية، ويمكن إستخدام هذا المجفف في مناطق عديدة في السودان.