آموزش شبیه سازی جریان هوا درون دودکش خورشیدی ساختمانی

آموزش شبیه سازی جریان هوا درون دودکش خورشیدی ساختمانی


750,000 تومان

( آخرین بروزرسانی : 14 شهریور, 1401 )

بررسی اجمالی محصول

با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی جریان هوا درون دودکش خورشیدی ساختمانی در نرم افزار ansys fluent به همراه فایل شبکه بندی آن (msh.) را دریافت خواهید کرد.

نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی جریان هوا درون دودکش خورشیدی ساختمانی

مقدمه ­ای بر دودکش­ خورشیدی

امروزه با توجه به معضلات ناشی از مصرف سوخت های فسیلی مانند افزایش آلودگی هوا، افزایش تولید گازهای گلخانه ­ای و همچنین محدود بودن این منابع، جهان رو به استفاده از انرژی­ های نو مانند انرژی خورشیدی، امواج، هیدرواستاتیکی، انرژی بادی و زمین گرمایی آورده است. انرژی خورشیدی یکی از پاک ترین و در دسترس ترین منابع انرژی برق در کره زمین و به ویژه مناطقی با تابش بالای سالانه پرتوهای خورشیدی می ­باشد. یکی از روش ­های بهره برداری از انرژی خورشیدی، استفاده از دودکش ­های خورشیدی است. اساس کار در دودکش خورشیدی، اختلاف چگالی ناشی از افزایش دما درون صفحات خورشیدی است که به عنوان نیرو محرکه­ عمل می ­کند. در ساختمان یک دودکش خورشیدی، یک سقف شفاف (معمولاٌ از جنس شیشه) وجود دارد که قابلیت جذب انرژی تشعشع خورشیدی را دارد. جریان هوای ورودی به درون دودکش با دریافت حرارت سقف­ ها گرم می­ شود و به دلیل کاهش چگالی ناشی از افزایش دما و درنتیجه سبک شدن، به سمت بالا صعود می ­کند و درواقع جریان هوای گرم دچار مکش به درون دودکش خورشیدی می شود. به طور کلی این دودکش ­ها به دو دسته تقسیم می ­گردند. دسته­ اول، دودکش ­های مخصوص تولید برق هستند که دارای مقیاس صنعتی می باشند؛ عملکرد آنها بدین صورت است که در مسیر حرکت رو به بالای هوای گرم، یک یا چند توربین باد قرار گرفته که با دریافت انرژی حاصل از مکش جریان گرم، انرژی مکانیکی قابل توجهی ایجاد می­ کند و در ادامه، با استفاده از ژنراتور انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می ­گردد. دسته­ دوم، دودکش های مخصوص تهویه برای سرمایش و گرمایش هستند که در مقیاس مسکونی به کار گرفته می­ شود؛ عملکرد آنها بدین صورت است که با ایجاد نیروی شناوری و مکش هوای گرم به سمت بالا، هوای گرم از بخش پایین درون ساختمان جذب و از قسمت انتهای بالایی خارج می­ شود که این­گونه باعث سرمایش درون ساختمان می­ شود و همچنین، در صورتی که بخش بالایی دودکش بسته شود، می ­توان با تعبیه­ فن، جریان گرم را وارد ساختمان کرد که این گونه باعث گرمایش داخل ساختمان می­ شود. بعضی از دودکش ­های خورشیدی مسکونی به صورت عمودی و چسبیده به دیوار ساختمان به کار می روند و حرارت انرژی خورشیدی را از صفحات به کار رفته بر روی زمین در کنار ساختمان دریافت می­ کنند و بعضی دیگر از دودکش ­های خورشیدی به صورت شیبدار بر روی سقف ساختمان قرار گرفته و در زاویه مناسبی که نسبت به جهت تابش نور خورشید قرار گرفته، می­ تواند انرژی حرارتی خود را دریافت کند. شکل زیر شماتیکی از یک دودکش خورشیدی سقفی شیبدار را نشان می­ دهد.

 

 

 

تعریف مسأله

مسأله­ حاضر به شبیه ­سازی جریان هوا در فضای داخلی اتاق و یک دودکش خورشیدی پرداخته است. مدل حاضر از دو بخش اصلی شامل فضای داخلی اتاق و یک دودکش شیب­دار بر روی سقف اتاق تشکیل شده است. دودکش خورشیدی از صفحه­ شیشه ­ای در سطوح جانبی خود تشکیل شده است که در تماس با محیط اطراف بوده و به عنوان محیط شفاف، دریافت کننده­ انرژی تابشی خورشید می­ باشد و همچنین دارای یک صفحه در پشت خود به عنوان سطح جاذب حرارت می ­باشد. فرض مسأله بر این است که سطح جاذب در پشت دودکش دارای شرط مرزی دما ثابت می­ باشد و دارای دمایی ثابت برابر با 335.15 کلوین می ­باشد؛ در حالی که سطوح شیشه ­ای در تماس با محیط بیرون دارای انتقال حرارت با محیط اطراف خود هستند، بدین صورت که دمای هوای محیط اطراف برابر با  308.15 کلوین و ضریب انتقال حرارت جابه ­جایی برابر با 8 وات‌برمترمکعب‌کلوین می­ باشد. همچنین فرض شده که حرارت دریافتی ناشی از تابش نور خورشید در فضای داخلی دودکش موجب ایجاد یک منبع حرارتی ثابت درون دودکش معادل با 15000 وات‌برمترمکعب می ­شود. جریان هوا از بخش ورودی در پایین اتاق دارای شرط مرزی فشار ورودی (pressure-inlet) می­ باشد؛ بدین تریب که این جریان هوای ورودی با دمای 308.15 کلوین با اثرپذیری از حرارت دودکش خورشیدی به سمت داخل دودکش مکیده شده و به محیط بیرون از اتاق انتقال می ­یابد.

 

 

گام 1) تعریف هندسه و شبکه­ بندی

هندسه­ مدل حاضر به صورت دو ­بعدی و با استفاده از نرم ­افزار design modeler ترسیم شده است. هندسه­­ مدل از دو بخش شامل اتاقی به ابعاد 2 متر⨯3 متر و یک دودکش خورشیدی به طول 2 متر و با شیبی به اندازه­ 45 درجه نسبت به سقف اتاق و با عمقی به اندازه­ 0.15 متر تشکیل شده است. شکل زیر نمایی از هندسه­ ترسیمی مدل را نشان می­ دهد.

 

 

شبکه ­بندی مدل حاضر با استفاده از نرم ­افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه­ بندی به صورت سازمان یافته بوده و تعداد سلول­ های تولیدی در مش ­بندی معادل 42846 می­ باشد. شکل زیر نمایی از مش ­بندی انجام گرفته را نشان می­ دهد.

 

 

گام 2) مراحل شبیه ­سازی

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

  • شبیه ­سازی براساس دیدگاه فشاری (pressure-based) صورت گرفته است.
  • شبیه ­سازی هم به بررسی رفتار سیالاتی و هم رفتار انتقال حرارتی مدل پرداخته است.
  • مدل حاضر از نظر زمانی پایا (steady) می ­باشد؛ یعنی ترم زمانی در حل مسأله در نظر گرفته نمی­ شود.
  • اثر گرانش زمین (gravity) بر روی جریان برابر 9.81 متربرمجذورثانیه در نظر گرفته شده است.

 

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

 

 

گام 3) نتایج نهایی

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای دو بعدی مربوط به فشار، دما و سرعت و همچنین خطوط جریان و بردارهای سرعت به دست آمده ­اند. همچنین نمودار تغییرات دما در راستای عرضی در مقطعی در وسط دودکش (به فاصله­ یک متر از ورودی و خروجی دودکش) و نمودار تغییرات سرعت در راستای عرضی در مقطع خروجی دودکش به دست آمده­ اند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

دیدگاه

دیدگاهی ثبت نشده.

اولین نفری باشید که نظر می دهید برای “آموزش شبیه سازی جریان هوا درون دودکش خورشیدی ساختمانی”