بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله به بررسی بازدهی و رفتار گرادیان شوری استخر خورشیدی بوسیله ی نرم افزار کامسول برای استخر کوچک ساخته شده در بندر دیلم توسط اینجانب می پردازیم. همه ی خواص گرمایی و هیدرودینامیکی سیال که شامل محلول سدیم کلرید و آب می باشد نسبت به دما و غلظت متغییر هستند و به همین دلیل این معادلات را با هم باید حل کرد. تشعشع خورشید به استخر رسیده و مقداری از ان جذب استخر می شود، دمای هوای اطراف را هم از هواشناسی بندر دیلم در آن سه روز دریافت کردیم. با این شبیه سازی ما به نتایج قابل قبولی برای این پدیده دست یافتیم.
.1 مقدمه
استخر خورشیدی در یک مدت زمان طولانی انرژی خورشیدی را جمع آوری کرده و به صورت انرژی گرمایی ذخیره می کند. در صورتیکه وسعت استخر خورشیدی زیاد باشد، خصوصیاتی چون هزینه ی کمتر، نگهداری کمتر و عملکرد بهتر را دارا می باشد. اکثر سیستم های جمع کننده انرژی خورشیدی، انرژی را برای استفاده بلافاصله جمع آوری کرده و قابلیت ذخیره سازی انرزی را ندارند.
این بدان معنی است که انرژی در زمانی که خورشید تابیده می شود، مورد استفاده قرار می گیرد و در شب یا در روزهای بارانی و ابری به دلیل عدم ذخیره سازی امکان استفاده از انرژی وجود ندارد. اما استخر خورشیدی علاوه بر جمع آوری، قابلیت ذخیره سازی انرژی را نیز دارد.
بنابراین در هر زمان امکان استفاده از انرژی ذخیره شده وجود دارد. از استخر خورشیدی به عنوان یک منبع حرارتی با دمای کمتر از 100 درجه سانتی گراد در صنعت، کشاورزی و برای تولید انرژی الکتریکی و مکانیکی می توان استفاده کرد. استخرهای خورشیدی حوض هایی با عمق معین می باشند که کف آنها با یک لایه پلاستیک بادوام و عایق، برای جلوگیری از نفوذ آب نمک به زمین و جلوگیری از اتلاف حرارتی پوشیده شده است. همچنین برای جذب بیشتر انرژی، کف آن با رنگ سیاه رنگ آمیزی می شود. استخر توسط آب نمک با غلظت های مختلف به صورت سه لایه پر می گردد
غلظت در لایه ی سطحی لایه ناچیز و نزدیک به صفر است. دما و غلظت در این لایه ثابت بوده و ضخامت آن تقریبا بین 0,1 الی 0,4 متر می باشد. این لایه در عملکرد استخر نقشی نداشته و فقط برای محافظت از لایه ی پایینی در برابر اثرات محیطی - بادهای شدید - طراحی شده است. 45 درصد از انرژی تشعشعی ورودی توسط این لایه جذب می شود و مقداری از این انرژی توسط تشعشع مجدد، انتقال حرارت جابجایی و تبخیر کاهش می یابد. به دلیل تبخیر آب از لایه سطحی باید به میزان آب تبخیر شده آب به این لایه اضافه شود که غلظت نمک در این لایه بستگی به غلظت و میزان آب اضافه شده دارد - از آب دریا برای تامین آب تبخیر شده می توان استفاده کرد - . در این لایه گرادیان غلظت و دما وجود دارد.
دما، غلظت نمک و دانسیته با افزایش عمق افزایش می یابد. انتقال حرارت در این لایه از طریق هدایت صورت می گیرد بنابراین این لایه به عنوان عایق عمل کرده و از اتلاف حرارت جلوگیری می کند. 25 درصد از انرژی ورودی توسط این لایه جذب می شود. ضخامت این لایه بین 0,6 الی 1 متر می باشد و ضخامت بهینه آن به درجه حرارت لایه ذخیره ساز، ضریب انتقال حرارت استخر، خواص و ضریب هدایت آب بستگی دارد. در لایه ی ذخیره ساز لایه غلظت و دما ثابت می باشد.
30 درصد از انرژی ورودی توسط این لایه جذب می شود و قسمت زیادی از این انرژی توسط لایه سیاه ته استخر جذب می شود. در این لایه آب دارای نمک فراوان و دانسیته زیادی است. بسته به ضخامت این لایه دما می تواند تا 80 الی 90 درجه سانتی گراد افزایش یابد.انرژی ذخیره شده در این لایه توسط مبدل حرارتی مورد استفاده می گردد. به دلیل نفوذ نمک از پایین به بالا، یک استخر تبخیر اضافی برای جبران تلفات لازم است. شکل زیر ساختار استخر خورشیدی را نشان می دهد.
Subhaker و Murty از یک مدل برای پیش بینی عملکرد بلند مدت استخر خورشیدی اشباع شده برای سرعت ها ودماهای متفاوت حرارت استخراج شده استفاده کردند. Jaefarzadeh تاریخچه توسعه دما، شوری و بالاترین و پایین ترین ارتفاع لایه هادر شرایط آب وهوایی متفاوت را بررسی کرده است.Menta و همکارانش اقدام به تجزیه و تحلیل عملکرد یک حوضچه ی خورشیدی مبتنی بر bittern با مساحت 1600 مترمربع واقع در Bhavnagar در هند کردند. Bezir و همکارش یک سیستم پوششی برای سطح استخر که برای کاهش تلفات حرارتی از بالای استخر به هوا در طول شب و برای افزایش بازده حرارتی در طول روز را مورد مطالعه قرار داده و تحلیل دمایی استخر را هم بصورت تئوری وهم بصورت آزمایشگاهی بررسی کردند.
تمام استخر اولیه در دمای حباب تراز محیط است و در یک غلظت مرتبط با حباب خیس محیط است. در ابتدا هیچ گرادیان دمایی وجود ندارد . استخر از پایین با چرخش حمام آب گرم در دمای ثابت گرمادهی می شود. دما در مقادیر از پیش تعیین شده بصورت ثابت نگه داری می شود. در طول این آزمایش، نمک محلول در عمق های مختلف به درجه حرارت محلی در عمق های مختلف وابسته است. نمک اضافی در پایین استخر ته نشین می شود. گرادیان های دما و غلظت همچنین توسط قرار دادن استخر در معرض نور مستقیم خورشید توسعه می یابد که این نشان دهنده ی پتانسیل استخر بعنوان یک وسیله ای برای ذخیره سازی انرژی در طولانی مدت است.
شکل 1 نمایی از استخر شبیه سازی شده
در این پژوهش ما دو معادله ی کلی را بر سیستم حاکم می بینیم یکی از این معادلات انتقال جرم و دیگری معادله ی انتقال حرارت می باشد. در این قسمت ما استخر رو ساکن فرض کرده و بصورت زیر پدیده های انتقال را مورد استفاده قرار می دهیم.
مدل ریاضی
معادله ی انرژی:
ما انتقال حرارت را در استخر بصورت نفوذی در نظر گرفته ایم و برای این کار از معادله ی زیر بهره می گیریم:
که Sh استخر همان سرعت تولید یا مصرف حرارت بر واحد حجم می باشد. این همان معرف جذب و یا دفع تشعشع توسط می باشد، که در دو بعد معادله بصورت زیر می باشد:
معادله ی انتقال جرم:
معادله ی انتقال جرم ما فاقد تولید یا مصرف در سیستم می باشد یعنی واکنشی در طی این فرآیند ها انجام نمی شود. معادله ی حاکم برای قسمت انتقال جرم که میزان نفوذ سدیم کلرید در استخر را اندازه گیری کند همان قانون فیک می باشد. نفوذ حرارتی در استخر 10 درصد نفوذ کل را شامل می شود
خصوصیات گرمایی و هیدرودینامیکی سیال:
با استفاده از تقریب بوسینیک در این کار تغییر چگالی سیال با دما و غلظت بصورت زیر ارائه شده است
