بخشی از مقاله
چکیده
گرمای خالص جذب و یا دفع شده در لایه گرادیانی در روزهای مختلف در استخر خورشیدی آزمایشی برای دوره 126 روزه در سال 1999 میلادی مورد بررسی قرار گرفت. سطح انرژی درونی لایه گرادیانی با جذب انرژی تابشی خورشید و انتقال گرما از لایه جابجایی پایینی به آن افزایش و همچنین به سبب اتلافات به لایه سطحی و دیواه های استخر کاهش می یابد. ابتدا جهت بدست آوردن گرمای خالص جذب شده در آن لایه، اختلاف انرژی درونی آن لایه را در روزهای متوالی در کل دوره محاسبه کردیم. روند کلی به دست آمده برای تغییرات روزانه ی گرمای جذب یا دفع شده توسط لایه گرادیانی در واحد جرم و سطح استخر شبیه به هم بود.
زیرا اثرات شدتی تغییرات دمای لایه گرادیانی با گذشت زمان مهم تر از اثرات تغییرات ضخامت لایه گرادیانی، چگالی و گرمای ویژه آن لایه بر روند کلی گرمای جذب شده در واحد سطح بود. در طول دوره مورد مطالعه، 63 روز جذب خالص گرما، 60 روز دفع خالص گرما و 3 روز هم جذب و دفعی وجود نداشت یا بسیار تا بسیار ناچیز بود. مقادیر حداکثری گرمای جذب شده در واحد جرم و هم در واحد سطح مربوط به ماه مه بود و بیشترین مقدار گرمای جذب شده در واحد جرم و سطح در چهاردهم ماه مه به ترتیب برابر با 6,15kJ/kg و 4,96MJ/m2 بدست آمد. بیشترین گرمای دفع شده در واحد جرم و سطح مربوط به نوزدهم ماه مه به ترتیب برابر با 9,39kJ/kg و 7,31MJ/m2 محاسبه شد. مقادیر متوسط دوره جذب گرما نزدیک به بزرگی مقادیر متوسط دوره دفع گرما چه در واحد جرم و چه در واحد سطح بود و بنابراین مقادیر مربوط به متوسط کل دوره مثبت، اما ناچیز بود.
مقدمه
استخر خورشیدی با گرادیان درجه شوری از حوضچه ای کم عمق، محتوی آب نمک که چگالی و درجه شوری آن با عمق افزایش می یابد؛ تشکیل شده است. یک استخر خورشیدی شامل سه لایه مخلوط بالایی - سطحی - ، گرادیانی - عایق - و مخلوط پایینی - ذخیره گرمایی - است. انتقال حرارت در لایه های مخلوط بالایی و مخلوط پایینی از نوع جابجایی و در لایه گرادیانی - - GL هدایت حرارتی است. در لایه های مخلوط بالایی و مخلوط پایینی درجه حرارت و درجه شوری تقریبا یکنواخت است؛ اما در لایه گرادیانی درجه حرارت و درجه شوری یکنواخت نیست و از شیب تقریبا ثابتی نسبت به عمق استخر برخوردار است.
به سبب نفوذ جرم و حرارت ضخامت لایه گرادیانی با گذشت زمان تغییر می کند. شکل 1 شماتیک نواحی تشکیل دهنده ی یک حوضچه خورشیدی را نشان می دهد. به لایه مخلوط پایینی، لایه جابجایی پایینی - LCZ - و به لایه مخلوط بالایی، لایه جابجایی بالایی - - UCZ نیز گویند. انرژی گرمای ذخیره شده در استخر خورشیدی را می توان به روش های مختلف استخراج کرد و حتی برای تولید برق مورد استفاده قرار داد.
واین برگر - Weinberger, 1964 - برای اولین بار فیزیک استخر خورشیدی را مورد مطالعه قرار داد. او از ضخامت ناحیه های جابجایی بالایی و پایینی صرف نظر کرد و معادله انرژی را به منظور یافتن توزیع دمای گذرا به طور تحلیلی حل کرد. می یر - - Meyer, 1983 مدلی عددی برای پیش بینی رفتارگذرای فصل مشترک بین ناحیه مخلوط و گرادیانی استخر خورشیدی ارائه داد.
در این مدل از روابط تجربی برای توصیف شار حرارتی و جرمی در فصل مشترک ناحیه های استخر استفاده گردید. عملکرد یک استخر خورشیدی کوچک با گرادیان درجه شوری در مقیاس آزمایشگاهی توسط جعفرزاده - Jaefarzadeh,2000 - مورد بررسی قرار گرفت. این استخر در دانشگاه فردوسی مشهد و در هوای آزاد قرار داشت. تاریخچه زمانی تغییرات دما، درجه شوری و ارتفاع لایه های بالایی و پایینی استخر در وضعیت های مختلف آب و هوایی گزارش شد.
کارکیلسیک و همکاران - Karakilcik et al, 2006 - با نوشتن معادلات بالانس انرژی بین لایه های مختلف استخر خورشیدی به مطالعه روی توزیع دما، انتقال حرارت و عملکرد استخری خورشیدی که در شهر آدانای ترکیه احداث شده بود؛ پرداختند. عملکرد حرارتی دو استخر خورشیدی با سطح مقاطع دایره و مربع توسط دهقان - Dehghan et al, 2013 - و همکاران ایرانی از لحاظ انرژی و اگزرژی مورد بررسی تجربی و مطالعه قرار گرفت.
شکل-1 شماتیک لایه های تشکیل دهنده یک استخر خورشیدی
خالص کل گرمای دریافتی در لایه گرادیانی استخر خورشیدی
با توجه به شکل 2، مقداری از انرژی تابشی ورودی - - QR به لایه گرادیانی پس از عبور از لایه های سطحی جذب آن شده و سبب بالا رفتن سطح انرژی داخلی آن می شود. سطح این انرژی درونی با اتلاف به لایه جابجایی بالایی - - QUCZ و دیواره های جانبی استخر - QW - کاهش می یابد؛ به ویژه این اتلافات در شب بیشتر است. همچنین به سبب بالا بودن دمای لایه جابجایی پایینی نسبت به لایه گرادیانی، مقدار گرمای - QLCZ - توسط لایه گرادیانی از لایه جابجایی پایینی جذب می شود. بنابراین خالص گرمای جذب شده در لایه گرادیانی در مدت زمان مشخص خواهد شد :
شکل -2 گرمای ورودی به لایه گرادیانی و اتلافات از آن به لایه سطحی و دیواره های استخر
