بخشی از مقاله
چکیده
پژوهش حاضر تحلیل عددی همرفت آزاد و تراکم ناپذیر هوا در محفظه ی یک آبگرمکن خورشیدی با صفحه جاذب سینوسی و با روش حجم محدود است. از روش ضریب تراکم پذیری مصنوعی برای کوپل معادله پیوستگی به معادله مومنتوم و به منظور تعیین تابع فشار استفاده شد. در کار حاضر تعداد موج های سینوسی N=0,3,5,7 گرفته شد. در حالت N=0 صفحه ی جاذب تخت است. تاثیر ضریب بازگشت ناپذیری، عدد پرانتل - جنس سیال محفظه - ، تعداد موجها و سایر پارامترهای تاثیر گذار در میزان تولید آنتروپی و بازده آبگرمکن خورشیدی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از تحقیق حاضر با نتایج سایر محققین مقایسه شده و تطابق بسیار خوبی بین آنها مشاهده شد.
مقدمه
مکانیسم انتقال گرما از طریق همرفت آزاد در بعضی از فرآیندهای مهم مهندسی نظیر فرآیندهای ذخیره گرما مانند آبگرمکن های خورشیدی، تهویه مطبوع، خشک کن ها، خنک کن های وسایل الکترونیکی وغیره نقش به سزایی ایفا می کند. در همه این موارد به گونه ای ساختاری از شکل محفظه های مستطیلی به چشم می خورد. در موارد مهم دیگر، مستقیما همرفت آزاد در محفظه مستطیلی اتفاق می افتد. دیده شده است که زیگزاک کردن شکل صفحه ی جاذب یک کلکتور خورشیدی، در بهبود ضریب جذب و همچنین کاهش تلفات مؤثر می افتد.
کشور ایران به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی و امکان استفاده از این انرژی جهت تأمین نیازهای خود بسیار غنی است و دریافتی انرژی خورشیدی در آن حدود 4000 برابر انرژی مصرفی آن می باشد، می توان کلیه نیازهای کشور را با استفاده از انرژی آفتاب تأمین نمود. آقای فرامرز سرحدی و همکاران بهینه سازی کلکتور سیستم آبگرم خانگی خورشیدی را با روش اکسرژی مورد مطالعه قرار دادند و این روش را با روش تحلیل انرژی مقایسه کردند و کارآمد بودن روش اکسرژی را نشان دادند.[2]
راکش کومار و راسن - 2010 - روی عملکرد گرمایی منبع ذخیره آبگرمکن کلکتوری خورشیدی با صفحه جاذب زیگزاک کار کردند و نشان دادند که آبگرمکن های بر پایه ی صفحه موج دار زمان کمتری نسبت به آبگرمکن های با صفحه صاف لازم دارند تا به حداکثر دمای عملکردی برسند این توانایی در طول عملکرد آبگرمکن، انرژی خورشیدی بیشتری را به حرارت مفید تبدیل می کند اگرچه در مدل اصلاح شده راندمان نهایی سیستم کاهش می یابد.[4]
یاسین وارل و هاکان اف اوزتپ - 2007 - مطالعه عددی مقایسه ای برای انتقال حرارت کنوکسیونی طبیعی در کلکتورهای خورشیدی با صفحه موجدار و صفحه تخت را انجام دادند که نتایج بدست آمده نشان میدهد که با کاهش طول موج سینوسی انتقال حرارت جابجایی بیشتر می شود همچنین با افزایش نسبت ارتفاع محفظه به دامنه سینوسی انتقال حرارت و عدد رایلی افزایش می یابد.[3] فاموری و هومن با استفاده از روش عددی تولید آنتروپی در داخل محفظه مربعی با گرمایش جزئی برای شرایط مرزی دیواره بالا و پایین آدیاباتیک و دیوارههای عمودی هم دما را مورد تحلیل قرار دادند.[9]
چی دانگ هو و همکاران - 2010 - آبگرمکن های خورشیدی صفحه تخت بازیابی شده مجهز به مجرا های آب مستطیلی را از طریق تئوری و تجربی مورد مطالعه قرار دادند.[7] در کار حاضر از روش عددی حجم محدود برای مطالعه دوبعدی همرفت آزاد و تراکم ناپذیر هوا برای فضای داخل محفظه آبگرمکن خورشیدی با جاذب سینوسی استفاده شده است .در این مسأله برای تولید شبکه از روش تولید شبکه های با سازمان و با طرحی ابتکاری استفاده شده است.
شکل مورد نظر و شرایط مرزی مسأله در شکل 1و 2 نشان داده شده است. محفظه شامل دو دیواره قائم آدیاباتیک و دیواره های افقی در بازه زمانی - یک ساعته - همدما می باشد. با استفاده از روش تراکم پذیری مصنوعی چوری، معادله پیوستگی به معادلات مومنتوم کوپل شده است.[8] جهت گسسته کردن معادلات حاکم بر جریان و جمله های جابجایی و لزجت از روش حجم محدود جیمسون استفاده شده است[8] به گونه ای که معادلات حاصل جبری صریح بوده و به صورت شبه زمانی ظاهر می شوند، که با استفاده از روش رانگ کوتای مرتبه چهار و با الگوی پیشرو زمانی حل شده است. شرایط مرزی جامد به روش نوین و دقیقی در تحلیل مسأله بدست آمده و بسط داده شده اند. معادلات گسسته شده توسط گسسته سازی های زمانی و مکانی در زبان برنامه نویسی فرترن نوشته شد.
معادلات حاکم
معادلات حاکم برای بررسی جریان تراکم ناپذیر غیردائم، معادلات بقای جرم، اندازه حرکت و انرژی می باشند. فرض می شود که سیال مورد بررسی نیوتنی و دارای خواص فیزیکی ثابت باشد و همچنین از فرض بوزینسک برای جمله شناوری استفاده شده است.
