شبيه سازي عددي تأثير ريب‌هاي ساده بر انتقال حرارت و افت فشار در كانال كلكتور هواي خورشيدي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

گرم‌كن‌هاي هواي خورشيدي به‌عنوان يكي از ساده‌ترين و اقتصادي‌ترين سامانه‌هاي بهره‌برداري از انرژي خورشيدي، كاربرد گسترده‌اي در گرمايش فضا، خشك‌كردن محصولات كشاورزي و برخي فرآيندهاي صنعتي دارند. با اين حال، ضريب انتقال حرارت پايين هوا و تشكيل لايه مرزي حرارتي ضخيم بر روي سطح جاذب، موجب كاهش بازده حرارتي اين سامانه‌ها مي‌شود. يكي از روش‌هاي مؤثر براي بهبود عملكرد حرارتي گرم‌كن‌هاي هواي خورشيدي، استفاده از زبري‌هاي مصنوعي بر روي سطح داخلي كانال هوا است. اين زبري‌ها با ايجاد اختلال در جريان و افزايش آشفتگي موضعي، موجب افزايش انتقال حرارت مي‌شوند، اما هم‌زمان مي‌توانند باعث افزايش افت فشار و توان پمپاژ گردند. از اين رو، بررسي هم‌زمان عملكرد حرارتي و هيدروليكي اين سامانه‌ها ضروري است. در اين پژوهش، عملكرد حرارتي، هيدروليكي و ترموهيدروليكي يك گرم‌كن هواي خورشيدي مجهز به زبري مصنوعي با استفاده از شبيه‌سازي عددي ديناميك سيالات محاسباتي مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور، دو نوع هندسه ريب مصنوعي شامل ريب مستطيلي و ريب نيم‌دايره‌اي انتخاب شده و نتايج آن‌ها با كانال صاف مقايسه شده است. شبيه‌سازي‌ها با استفاده از نرم‌افزار ANSYS Fluent و در شرايط جريان آشفته انجام شده و اثر عدد رينولدز بر توزيع دما، ميدان سرعت، عدد نوسلت، ضريب اصطكاك و افت فشار بررسي گرديده است. نتايج نشان داد كه استفاده از ريب‌هاي مصنوعي موجب افزايش قابل توجه عدد نوسلت نسبت به كانال صاف مي‌شود. در اين ميان، هندسه ريب نيم‌دايره‌اي در كل بازه عدد رينولدز عملكرد حرارتي بهتري نسبت به ريب مستطيلي از خود نشان داد. بررسي نتايج هيدروليكي حاكي از آن بود كه ريب مستطيلي بيشترين افت فشار را ايجاد مي‌كند، در حالي كه ريب نيم‌دايره‌اي افت فشار كمتري دارد. ارزيابي عملكرد ترموهيدروليكي با استفاده از شاخص TPF نشان داد كه هندسه ريب نيم‌دايره‌اي تعادل مناسب‌تري بين افزايش انتقال حرارت و كنترل افت فشار برقرار كرده و از ديدگاه عملكرد كلي، گزينه مناسب‌تري براي كاربرد در گرم‌كن‌هاي هواي خورشيدي محسوب مي‌شود.

238297

تبديل انرژي

فني مهندسي گلپايگان

دانشگاه صنعتي اصفهان