آموزش شبیه سازی انتقال حرارت درون کلکتور خورشیدی دارای ماده تغییر فاز دهنده

آموزش شبیه سازی انتقال حرارت درون کلکتور خورشیدی دارای ماده تغییر فاز دهنده


750,000 تومان

( آخرین بروزرسانی : 14 شهریور, 1401 )

بررسی اجمالی محصول

با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی انتقال حرارت درون کلکتور خورشیدی دارای ماده تغییر فاز دهنده با نرم افزار ansys fluent به همراه فایل شبکه بندی آن (msh.) را دریافت خواهید کرد.

نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی انتقال حرارت درون کلکتور خورشیدی دارای ماده تغییر فاز دهنده

شرح مسأله

مسأله حاضر به شبیه سازی انتقال حرارت درون یک کلکتور خورشیدی دارای ماده تغییر فاز دهنده با استفاده از نرم افزار ansys fluent پرداخته است. مدل حاضر متشکل از یک لوله U شکل است که حامل جریان آب می باشد. دور این لوله U شکل از یک فضای استوانه ای استفاده شده است که از مواد تغییر فاز دهنده (PCM) تشکیل شده است. دور این فضای مخصوص مواد تغییر فاز دهنده، سه لایه به صورت استوانه ای شکل قرار گرفته است؛ به طوری که لایه اول آن به صورت جسم جامد و از جنس آلومینیوم بوده و به عنوان لایه جاذب حرارت ناشی از تابش خورشیدی تعریف شده است. در لایه بعدی، لایه ای از گپ هوایی و سپس لایه شیشه ای قرار گرفته است. مکاینزم عملکردی این سیستم بدین صورت است که گرمای ناشی از تابش خورشید از لایه شیشه ای عبور کرده و لایه هوایی را گرم می کند. این حرارت به لایه جاذب منتقل می شود تا حرارت در این لایه جذب گردد. این حرارت به فضای دارای مواد تغییر فاز دهنده منتقل شده تا موجب تغییر فاز در این مواد بشود. براساس تغییر فازی که در لایه مخصوص مواد تغییر فاز دهنده اتفاق می افتد، امکان ایجاد سرمایش یا گرمایش در لوله U شکل فراهم می شود. درواقع، مواد تغییر فاز دهنده بر مبنای گرمای نهان خود یعنی گرمای جذب شده یا از دست داده در حین تغییر فاز عمل می کنند. در طول روز که هوا گرم است و تابش خورشید وجود دارد، این مواد تغییر فاز دهنده حرارت خورشید را از طریق لایه جاذب دریافت می کنند و بخشی از این حرارت، صرف تغییر فاز یا همان فرایند ذوب در این مواد می شود. این مواد تغییر فاز دهنده قابلیت دارند که این گرمای نهان حاصل از فرایند ذوب را در خود ذخیره نگه دارند. سپس در طول شب و هوای سرد، این مواد تغییر فاز دهنده با تغییر فاز مجدد یعنی فرایند انجماد، گرمای نهان ذخیره شده در خود را به محیط اطراف پس می دهند و این گونه موجب گرمایش جریان آب درون لوله U شکل در هوای سرد می شوند.

برای تعریف ماده PCM از مدل solidification and melting استفاده شده است. ماده PCM تعریفی دارای چگالی برابر با 910 kg.m-3، ظرفیت حرارتی مخصوص برابر با 2100 j.kg-1K-1، رسانش حرارتی برابر با 0.5 W.m-1.K-1 و ویسکوزیته برابر با 0.0273 kg.m-1.s-1 است. همچنین حداکثر دمایی که در آن دما، فاز جامد حاکم است (solidus temperature) برابر با 302 K و حداقل دمایی که در آن دما، فاز مایع حاکم است (liquidus temperature) برابر با 310 K می باشد و گرمای نهان ذوب محلول خالص (pure solvent melting heat) برابر با 178000 j.kg-1 تعریف شده است.

برای تعریف انتقال حرارت تابشی و تابش خورشید از مدل radiation استفاده شده است. فرایند تابش از نوع discrete ordinate یا DO تعریف شده است. این مدل برای مواردی استفاده می شود که معادلات انتقال حرارت تشعشعی برای تعداد گسسته ای از زوایای محدود جامد حل می شوند. این مدل تابشی برای محیط های شفاف، صفحات براق مثل آیینه، انتقال وابسته به موج، حالت های دارای پخش نور و ….. مناسب است. همچنین برای اعمال اثر تابش خورشید، از بار خورشیدی استفاده شده است و حالت solar ray tracing فعال شده است. سپس مواردی مانند طول و عرض جغرافیایی محل تحت تابش خورشید، تاریخ و ساعت تابش، جهات تابش خورشیدی، شدت تابش مستقیم و شدت تابش پراکندگی باید تنظیم گردد.

 

گام اول) ترسیم هندسه و شبکه ­بندی

مدل حاضر به صورت سه بعدی و با استفاده از نرم ­افزار design modeler طراحی شده است.  یک لوله U شکل به صورت دو لوله موازی حامل جریان آب است. یک لایه استوانه ای حامل ماده تغییر فاز دهنده دور این لوله قرار دارد. یک لایه لوله جاذب از جنس آلومینیوم به شکل استوانه ناقص دور این سیال قرار دارد. یک لایه فضای مخصوص هوا به شکل استوانه ناقص دور این لوله آلومینیومی قرار دارد. درانتها یک لایه پوششی از جنس شیشه به شکل استوانه ناقص دور این فضای هوا قرار دارد.

 

 

شبکه ­بندی مدل حاضر با استفاده از نرم ­افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه ­بندی به صورت سازمان یافته انجام گرفته و تعداد سلول­ های تولیدی معادل با 969866 می باشد.

 

 

گام دوم) مراحل شبیه ­سازی

برای شبیه ­سازی مدل حاضر، چند فرض در نظر گرفته شده است که عبارتند از:

  • شبیه­ سازی براساس دیدگاه مبتنی بر فشار (pressure-based) صورت گرفته است.
  • شبیه ­سازی در هر دو حالت سیالاتی و انتقال حرارتی انجام گرفته است.
  • شبیه ­سازی حاضر از نظر زمانی به صورت پایا (steady) می باشد؛ یعنی ترم زمان در حل مسأله لحاظ نشده است.
  • اثر گرانش (gravity) بر روی مدل نادیده گرفته شده است.

 

خلاصه ­ای از مراحل تعریف مسأله و تعریف حل آن در جدول زیر آمده است:

 

 

گام سوم) نتایج نهایی

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای سه بعدی و دو بعدی مربوط به فشار، سرعت، دما و کسر جرمی مایع تولیدی از ماده تغییر فاز دهنده به دست آمده است. تصاویر نشان می دهد که محیط استوانه مرکزی حامل ماده تغییر فاز دهنده دارای تغییر فاز بیشتر و درنتیجه، فرایند ذوب و تولید مایع بیشتر است. همچنین از تصاویر مشخص است که حرارت به لوله U شکل منتقل می شود.

 

 

دیدگاه

دیدگاهی ثبت نشده.

اولین نفری باشید که نظر می دهید برای “آموزش شبیه سازی انتقال حرارت درون کلکتور خورشیدی دارای ماده تغییر فاز دهنده”