بخشی از مقاله
چکیده
این تحقیق بر روی یک مخزن ذخیره آب افقی از نوع مدار بسته - سیستم غیر مستقیم - یک آبگرمکن خورشیدی در پژوهشگاه مواد و انرژی شهر کرج انجام گرفته است. این تحقیق به دو صورت ، جریان طبیعی - ترموسیفون - و جریان اجباری - پمپ - با استفاده از شبیه سازی TRNSYS انجام گرفته است . طی این شبیه سازی دمای لایه های حرارتی داخل مخزن ، دمای ورودی و خروجی سیال عامل گذرنده از داخل چرخه گرد آورنده و دبی سیال مشخص می شوند .
در این تحقیق مشخص می شود که لایه های حرارتی در جریان طبیعی - ترموسیفون - دارای عملکرد بیشتری نسبت به جریان اجباری می باشد . همچنین هر چه دبی سیال عامل گذرنده در مخزن بیشتر باشد آب درون مخزن ذخیره اختلاط بیشتری پیدا می کند در نتیجه لایه های حرارتی درون مخزن ذخیره دارای اختلاف دمایی ناچیزی نسبت به هم می شوند.
-1مقدمه
نگهداری انرژی گرمایی یک بخش کلیدی بسیاری از سیستم های گرمایی موفق می باشد. مخزن ذخیره سازی انرژی یکی از فناوریهای کلیدی برای محافظت و صرفه جویی انرژی می باشد. از فواید مهم نگهداری انرژی گرمایی میتوان به مناسب بودن آن برای کاربردهای سرمایش و گرمایش اشاره کرد . یک سیستم نگهداری انرژی حرارتی که ابتدا برای ذخیره سازی انرژی خورشیدی طراحی شده است لازم نیست که ضرورتاٌ برای همین استفاده محدود شود.
عملکرد لایه های گرمایی مخزن ذخیره انرژی بحث بسیار گسترده ای در دهه اخیر پیدا کرده است براون و همکارانش [1] لایه های گرمایی را در یک مخزن ذخیره انرژی با منیفولد متخلخل بررسی کرده اند . نتایج نشان می دهد که لایه های گرمایی در مقدار عدد ریچاردسون 0,651 برقرار می گردد.
جردن و فربو [2] لایه های گرمایی در یک مخزن ذخیره خورشیدی خانگی بررسی کرده اند و به این نتیجه رسیده اند که لایه های گرمایی در مخزن وابسته به شار جریان های مختلف , حجم تانک و دمای ورودی به تانک می باشد.
التین تاپ و کانوگلو [3] تاثبرات موانع فیزیکی در لایه های گرمایی مخزن ذخیره را مورد بررسی قرار دادند که در این تحقیق انها توزیع دمای مخزن را در 12 مانع فیزیکی اندازه گیری کرده اند. نتایج این ازمایشات نشان میدهد که مخزن دارای مانع لایه های گرمایی بهتری نسبت به مخزن بدون مانع دارد.شهاب الدین علیزاده[4] به بررسی تجربی و عددی لایه های گرمایی در مخزن ذخبره خورشیدی استوانه ای افقی پرداخت که در ان چهار ازمایش که مربوط به دمای اب ورودی به مخزن با نازل افقی و نازل 30 درجه است با دبی های 10 , 8 , 6 لیتر بر دقیقه انجام شده است.
نتایج نشان می دهد که لایه های گرمایی در ازمایش با نازل 30 درجه نسبت به ازمایش های دیگر بهبود قابل ملاحظه ای داشته است. این سیستم شامل گردآورنده های صفحه تخت و مخزن ذخیره افقی می باشند. با تابش خورشید بر روی گرد آورنده ، سیال داخل آن گرم شده و به کمک نیروی شناوری شروع به بالا رفتن از رایزرهای عمودی داخل گردآورنده می کند و یا از دست دادن گرمای خود به آب داخل مخزن ذخیره به طرف گردآورنده بر میگردد و این چرخه تکرار می شود.
-2تحلیل شبیه سازی با برنامه TRNSYS
مخزن دستگاه آبگرمکن خورشیدی موجود شامل جمع کننده خورشیدی لوله گرمایی ، مخزن ذخیره 360 لیتری، بدون گرم کن کمکی می باشد.این مخزن , مخزن ذخیره آب استوانه ای افقی به قطر 62 سانتیمتر و طول 120 سانتیمتر که دارای 20 میلیمتر عایق پشم شیشه در اطراف مخزن می با شد.این مخزن دارای انتقال حرارت غیر مستقیم از مبدل حرارتی غوطه ور داخل مخزن می باشد.
تعداد 5 ترموکوپل را به مخزن متصل کرده ایم تا دمای لایه های گرمایی مخزن بدست اید .ما در این تحقیق از مدل تک بعدی استفاده می کنیم و دماها را در جهت افقی همدما می گیریم .کلکتور این آبگرمکن خورشیدی 10 متر مربع می باشدو از نوع لوله گرمایی می باشد. شکل 1 شماتیک مخزن ذخیره افقی با مبدل حرارتی غوطه ور و محل قرار گرفتن ترموکوپل ها را نشان می دهد.
شکل -1 شماتیک مخزن ذخیره افقی با مبدل حرارتی غوطه ور
این آزمایش به دو صورت با جریان اجباری - پمپ - و جریان آزاد - ترموسیفون - انجام گرفته است. در این آزمایش هدف اصلی به دست آوردن رفتار حرارتی در یک مخزن ذخیره آب گرم افقی با دمای ورودی از کلکتور خورشیدی متغیر می باشد که برای این منظور می بایست دماهای پنج نقطه از مخزن ذخیره , دبی ورودی سیال درون مبدل حرارتی در آزمایش ترموسیفون و دمای ورودی و خروجی از گردآورنده خورشیدی را مشخص کرد. دمای آب ورودی به مخزن 20℃ می باشد و خروجی آب مخزن همانطور که از شکل 1 مشخص است از بالاترین قسمت مخزن می باشد. پیکربندی شبیه سازی به صورت شکل 2 نمایش داده شده است.
شکل-2 پیکربندی شبی سازی مخزن آبگرمکن خورشیدی
-3تحلیل نتایج
همانطور که در نمودار 1 مشخص است تابش در ساعت 13:00 به بیشترین مقدار خود می رسد.همچنین باید توجه داشت که واحد تابش در برنامه TRNSYS بر حسب ⁄ می باشد.
