بخشی از مقاله
چکیده
فن آوری تولید برق بر پایه منابع انرژیهای برگشتپذیر یک روند جدید استفاده از انرژی در آینده میباشد که با افزایش الودگیهای زیستی تکنولوژیهای تبدیل انرژیهای پاک به انرژیهای در دسترس بیشتر اهمیت مییابد. در این مطالعه جذب انرژی تابشی، جریان هوا و انرژی هدر رفته در نیروگاه دودکش خورشیدی مستقر در اسپانیا توسط روشهای عددی با استفاده از نرم افزار - اپن فوم - شبیهسازی شده است. ابتدا با مقایسه حل عددی با مطالعات پیشین اعتبار سنجی حل بررسی میگردد.
با استفاده از نتایج تاثیر میزان تابش بر روی انرژی هدر رفته از سطح کلکتور و هوای خروجی دودکش نشان داده شده است و نتیجه میشود افزایش میزان تابش ،افزایش دمای سیال را در پی داردکه باعث میشود دبی هوای گرم خارج شده از دودکش و گرمای انتقال یافته از سطح کلکتور افزایش یابد. نسبت انرژی هدر رفته از خروجی دودکش به گرمای انتقال یافته از سطح کلکتور با افزایش میزان تابش افزایش مییابد و در میزان تابشهای زیاد پارامتر مهم در طراحی دودکش انرژی هدر رفته از خروجی دودکش میباشد.
.1 مقدمه
در سالهای اخیر افزایش گازهای گلخانهای به دلیل استفاده بیش از حد از سوخت های فسیلی مشکلات زیادی را پدید اورده است. امار روز افزون مرگ و میر به سبب افزایش گازهای الاینده و از طرف دیگر گرم شدن زمین و بازگشت ناپذیری سوخت های فسیلی عواملی است که استفاده از این سوخت ها را برای تولید انرژی محدود مینماید. از این رو در سال های اخیر توجه زیادی به استفاده از انرژی های برگشت پذیر نظیر باد و خورشید شده است.
اساسا اگر بخواهید انرژی های تجدید پذیر از کاربرد وسیعی برخوردار شوند باید که تکنولوژی های ارایه شده ساده و قابل اعتماد بوده و برای کشورهای کمتر توسعه یافته نیز مشکلات فنی به همراه نداشته باشد. تکنولوژی دودکش خورشیدی دارای این شرایط میباشد. نیروگاه دودکش خورشیدی یک نیروگاه تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته میباشد. این نیروگاه دارای سه قسمت اصلی می باشد : کلکتور، توربین و ژنراتور و دود کش - شکل شماره - 1 نیروگاه دودکش خورشیدی اولین بار در سال 1970 توسط پروفسور المانی به نام یورگ اسکلایچ1 پیشنهاد گردید
در سال 1980 اولین نمونه این نیروگاه با همکاری دو کشور المان و اسپانیا در منطقه مانزانرس اسپانیا ساخته شد. هاف1 و همکاران مطالعات انجام شده برای این نمونه را بر عهده داشتند و معیارهای طراحی براورد هزینه و نتایج ازمایشات اولیه را ارایه دادند.
پاسومارتی2 و شریف3 یک مدل ریاضی برای بررسی اثرات شرایط مختلف محیط ارایه دادند.[3] بیگلن4 به بررسی عملکرد نیروگاه دودکش خورشیدی در مناطق با عرض جغرافیایی بالا پرداختند.[4] پرتوریس5 تاثیر کیفیت سقف شیشه ای کلکتور و جنس ماده جذب کننده در کف کلکتور بر توان خروجی نیروگاه را مورد مطالعه قرار دادند.
پاستور6 و همکاران به شبیه سازی مدل دو بعدی نیروگاه با مشخصات نیروگاه ساخته شده در اسپانیا پرداختند .[6] در این شبیه سازی افت فشار توربین مقداری ثابت در نظر گرفته شد و نتایج میزان تابش بر روی سرعت و دمای هوا و توان خروجی سیستم نشان داده شد.
تحقیقات زیادی در زمینه بهینه کردن هندسه ابعادی نیروگاه انجام شده است.همچنین با ساخت نمونه های ازمایشگاهی کوچک عملکرد نیروگاه در مناطق مختلف جهان بررسی شده است.شرایط شهر های مختلف ایران برای احداث نیروگاه نیز بررسی شده است.
تحقیق بر روی تاثیر توربین هایی با سه پره همانند نمونه ساخته شده در اسپانیاو توربین هایی با تعداد پره بیشتر توسط مینگ و همکاران صورت گرفت. مقاله ارایه شده در راستای این تحقیقات و برای کاهش انرژی هدر رفته از نیروگاه صورت گرفته است.
شکل شماره :1 اجزای نیروگاه دودکش خورشیدی
.2 مدل تئوری مشخصات هندسی مدل
ابتدا به معرفی اجزای نیروگاه دود کش خورشیدی ساخته شده در اسپانیا میپردازیم. مدل به صورت دو بعدی متقارن میباشد که در شکل شماره 2 نشان داده شده است. ارتفاع برج 200 متر،قطر دودکش 10 متر،شعاع کلکتور 122 متر و ارتفاع ورودی کلکتور تا مرکز نیروگاه 2-6 متر میباشد. ضخامت لایه های ذخیره انرژی نیز 5 متر میباشد.بدنه دودکش و کلکتور با شیب نرمی به یکدیگر متصل شده اند که کاهش انرژی هدر رفته در دودکش را به همراه دارد. مواد به کار رفته در سطح کلکتور شیشه شفاف میباشد.
شکل شماره : 2 نمای دو بعدی از نیروگاه دودکش خورشیدی
مدل ریاضی
در جریان هایی همراه با جابجایی ازاد که عامل محرک نیروهای بویانسی در داخل جریان میباشد عدد بی بعد رایج و مهم عدد رایلی میباشد که به صورت زیر تعریف میگردد.
در این رابطه L ارتفاع کلکتور t بیشترین اختلاف دما در سیستم میباشد.
در انالیز کلی کلکتور و دودکش مشخص شده است که به ازای رایلی های بزرگ جریان در مناطقی از سیستم اشفته می-گردد.مدل ریاضی به صورت دو بعدی متقارن و شامل معادلات پیوستگی، معادلات ناویر استوکس، معادلات انرژی و N-میباشد.این معادلات به صورت دیفرانسیلی در زیر اورده شده است .
