بخشی از مقاله
چکیده
تبخیر فرآیندي است که به تغییر سیال از حالت مایع به گاز می انجامد. میزان تبخیر از سطوح آزاد به عواملی همچون درجه حرارت, سرعت باد, عمق آب و فشار بخار بستگی دارد. با بررسی دقیق اطلاعات دریافتی از اداره هواشناسی زهک این نتیجه به عمل آمد که عوامل درجه حرارت و سرعت باد در این منطقه تاثیرگذارترین عوامل هستند.
استفاده از بادشکن ، به عنوان پوشش فیزیکی براي کاهش تبخیر مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله، استفاده از مدل سازي میزان جریان عبوري از روي صفحات بادشکن تحت زوایاي افقی - - Azimuth و شیب - Tilt - براي به دست آوردن بهترین کاهش تبخیر با استفاده از مدل عددي ANSYS 16 استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که زاویه افقی 0 درجه - جهت شمال غرب،روبه روي مسیر وزش باد - و زاویه شیب 60 درجه به میزان کاهش تبخیري معادل 90/25 درصد حاصل خواهد شد.
.1 مقدمه
افزایش سریع جمعیت جهان و سرانه مصرف آب با توجه به استانداردهاي رو به رشد سطح زندگی و سطح فعالیت هاي اقتصادي تا حد زیادي تقاضا را براي آب در سراسر جهان شدت بخشیده است. براي رفع این تقاضا تفکر هاي جدي درباره روش هاي محافظت از منابع به عمل آمده است.[1] کی از مهمترین منابع طبیعی، منابع آب می باشد که به موضوع بسیار مهمی براي جوامع مختلف امروزه تبدیل شده و تحقیقات فراوانی براي حفظ و نگهداري آن صورت گرفته است. تبخیر یکی از عوامل مهم و اصلی در امر ازدست دادن منابع آب است.
روشهاي مختلفی براي کاهش تبخیر وجود دارد که می توان در چهارگروه دسته بندي نمود: روش هاي -1 شیمیایی -2 فیزیکی -3 بیولوژیکی -4 مکانیکی .[2] مطالعات نشان می دهند که براي دوره هاي زمانی کوتاه تر از روز، تبخیر آب آزاد هیچ رابطه اي با تابش خالص ندارد؛ سرعت باد مهمترین عامل تعیین کننده نرخ تبخیر است و پس از آن دما در آبهاي سطح زمین و کنترل فشار بخار سطح آب از دیگر عوامل موثر می باشند.
دوره زمانی سطح آب هاي آزاد می تواند به دو رژیم تبخیري متمایز تقسیم شود: در بهار که دماي سطح زمین از دماي آب گرمتر است، که جریان هاي آشفته در بالاي سطح آب سرکوب می شوند. و دوره خنک، زمانی که آب گرمتر از زمین است و جریانهاي آشفته بالاي آب افزایش می یابد.[3] یکی از راه هاي مقابله با تبخیر استفاده از بادشکن ها می باشد که ممکن است از مواد مصنوعی و یا از درخت و درختچه نباتات بلند مانند آفتابگردان، ذرت و نظایر آن تشکیل شده باشد.
بنابراین بادشکن ها به دو دسته کلی تقسیم می گردند:-1باد شکنهاي غیر زنده - مصنوعی یا مکانیکی - -2بادشکن هاي زنده یا درختی. بادشکن مصنوعی: شامل دیوار هاي سنگی، فلزي، حصاري و مانند آنان می باشند. این باشکن ها می توانند نیمه نفوذپذیر و یا غیر قابل نفوذ باشند. اسکیدمور و هاگن در سال 1970 بر روي بادشکن هاي نیمه نفوذ پذیر با درصد تخلخل 40 تا 60 درصد تحقیقاتی را انجام دادند و دریافتند که میزان تخلخل بر روي تراکم هوا اثر می گذارد و حداقل سرعت باد با وجود درصد تخلخل 60 درصد در فاصله :H - 5H ارتفاع بادشکن - پس از بادشکن رخ میدهد.[4]
بادشکن زنده:معمولاً از یک یا چند ردیف درخت یا درختچه یا گیاه مقاوم تشکیل شده کهعمدتاً در جهت باد اصلی قرار میگیرند. بادشکن ها به عنوان یک روش موثر براي تضعیف امواج جریان ورودي محسوب می شوند. بیتوك و همکارانش در سال 2012 به کمک دینامیک سیالات محاسباتی - CFD - به بررسی خصوصیات جریان در اطراف درختان باد شکن پرداختند.
هدف این پژوهش، پیشبینی میزان تاثیر شکاف هاي موجود بین درختان و ردیف قرارگیري درختان و چیدمان آنها به منظور کاهش سرعت باد بوده است. نتایج شبیه سازي بیانگر این موضوع است. که عامل بسیار مهم در میزان اثرگذاري درختان به عنوان بادشکن، اندازه فاصله شکاف درختان می باشد. همچنین نوع آرایش درختان یعنی بهصورت دو ردیف درمیان، در مقایسه با نوع آرایش یک ردیف و یا دو ردیف، میزان حداکثر تأثیر در کاهش سرعت باد را دارا می باشد .[5]
گننوِیلیس و همکاران در سال 2015 با استفاده از مدل تحلیلی ترکیبیCFD به طراحی نوعی پنل بادشکن که ازتکیه گاه الاستیک برخوردار بودند، پرداختند. نتایج بدست آمده را با پنل هایی که از تکیه گاه گیردار استفاده شده بودند، مقایسه کردند و دریافتند که پنل هاي داراي تکیه گاه الاستیک، نیروهاي باد و تنش هاي حاصله از باد برروي بادشکن را به اندازه ي قابل توجهی کاهش داده است.[6]
یکی دیگر از راه هاي کاهش تبخیر استفاده از انواع پوشش ها از جمله پوشش هاي شناور و معلق می باشند. پوشش ها شناور شامل مدولار مانند - Aqua Cap نوعی پوشش گرد گنبدي شکل - و مسطح مانند - E-VapCap یک نوع پوشش ورقه اي - که بر روي آب شناور بوده و با انعکاس بخشی از انرژي تابش خورشیدي و همچنین ممانعت از خروج بخار آب از سطح آب، باعث کاهش تبخیر می شوند.
پوشش هاي معلق به پوشش هایی گفته می شود که بر روي سطح آب به صورت معلق نصب می شوند. نوع این پوشش ها می توانند متخلخل و یا از پلاستیک هاي غیر قابل نفوذ باشند. پوشش هاي معلق، باعث کاهش میزان تبخیر توسط مسدود کردن تابش خورشیدي و کاهش میزان باد روي سطح آب می شود، در نتیجه باعث کاهش ورود انرژي حرارتی به سطح آب مخزن می شود که به نوبه ي خود باعث کاهش دماي سطح آب و پتانسیل تبخیر می شود. برخلاف پوشش هاي معلق، پوشش هاي شناورتوسط خود آب حمایت می شوند.
پوشش مدولار عمدتا آب را نمی پوشانند و اجازه می دهد آب از طریق شکاف هاي موجود - وجود این شکاف ها بین هر یک از ماژول هایی که به عنوان پوشش شناور قرار گرفته اند اجازه می دهند که بخش هاي آب سطحی به طور مستقیم در معرض اتمسفر قرار گیرند - تبخیر شود. پوشش هاي معلق و شناور داراي پتانسیل زیادي در کاهش میزان تبخیر از طریق کاهش مصرف انرژي میباشند.
نتایج مدلسازي نشان می دهد که اگر در سد Wivenhoe که بر روي رود بریزبن، کوئینزلند، در شرق استرالیا قرار گرفته است به طور کامل پوشیده شود، بازده سالیانه کاهش تبخیر براي پوشش هاي معلق 76 درصد و براي پوشش هاي شناور 68 درصد خواهد بود.[7] هدف اصلی این تحقیق، بررسی نحوه عملکرد بادشکن ها براي کنترل سرعت باد تحت زوایاي مختلف شیب و افقی و تاثیر آن بر میزان کاهش تبخیر بوده است. مدل سازي این شرایط با نرم افزارANSYS صورت گرفته که تمامی شرایط حاکم در منطقه در آن مدل سازي شده است.
.2 روش و منطقه مورد پژوهش
1-2مشخصات عددي
براي انجام این تحقیق از نرمافزارهاي تحلیل جریانهاي دو و سه بعدي در زمینهي دینامیک سیالات کاربردهاي فراوانی دارند، استفاده شده است که یکی از قویترین نرم افزار ها در این زمینه را می توان ANSYS FLUENT نام برد. این نرم افزار از معادلات ناویر استوکس در تحلیل جریان استفاده میکند. اما اگر جریان آشفته باشد، معادلات حاکم به معادلات رینولدز تغییر ماهیت داده و از مدلهاي یک معادلهاي، دو معادلهاي، سه معادلهاي، چهارمعادلهاي و پنج معادلهاي استفاده میشود.[8]
