کلکتور خورشیدی با FMHPA، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

توضیحات

شرح پروژه کلکتور خورشیدی با FMHPA

در این پروژه به شبیه سازی یک کلکتور خورشیدی با FMHPA با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) پرداخته ایم.

در این پروژه یک کلکتور طراحی شده است که در داخل یک ناحیه محاسباتی با مقطع سهموی قرار دارد. این منطقه سهموی محیط هوای اطراف در نظر گرفته می شود که مسئول انتقال حرارت تشعشعی از خورشید است. قسمت بیرونی کلکتور به صورت استوانه ای مدل سازی شده است. لایه بیرونی آن شیشه ای است که به عنوان جاذب حرارت خورشیدی عمل می کند. داخل این لایه های شیشه ای آرایه های لوله میکرو گرمای تخت (FMHPA) وجود دارد. این سیستم از چندین ردیف لوله با سطح مقطع مربع و ابعاد میکرو تشکیل شده است. سیال عامل سیستم وارد این لوله ها می شود. پس از دریافت گرمای ناشی از تشعشع، دما افزایش می یابد و به بخار داغ تبدیل می شود. از این رو به این قسمت منطقه تبخیر نیز می گویند.

سپس سیال کاری با دمای بالا به خارج از سیستم منتقل می شود و در معرض جریان هوای مبدل حرارتی مورد استفاده در انتهای کلکتور قرار می گیرد. در این قسمت سیال حرارت خود را از دست می دهد و متراکم می شود. از این رو به این قسمت منطقه تراکم نیز می گویند. بین لایه‌های شیشه‌های استوانه‌ای و این آرایه‌های میکرولوله‌ای، فضای خالی وجود دارد که هوای داخل آن وظیفه مکش هوای گرم از تابش خورشید به سمت میکرولوله‌ها را بر عهده دارد. این مدل‌سازی از مدل‌های ردیابی تابش و اشعه خورشیدی برای اعمال انتقال حرارت ناشی از تابش خورشیدی استفاده می‌کند. در تنظیمات این قسمت مختصات جغرافیایی زاویه تابش خورشید نسبت به کلکتور به همراه طول و عرض جغرافیایی محل کلکتور و زمان و تاریخ تابش خورشید تعیین می شود.

هندسه سه بعدی این پروژه با نرم افزار ANSYS Design Modeler طراحی شده است. منطقه محاسباتی مربوط به فضای یک محیط هوای بیرون است. در داخل این فضای محیطی یک کلکتور استوانه ای مدل سازی شده است. لایه بیرونی این کلکتور لایه های شیشه ای تابشی جاذب حرارت است. سپس یک لایه شکاف هوا قرار می گیرد. در نهایت، FMPHA متشکل از چندین ردیف لوله با اندازه میکرو مدل سازی شده است. قسمت اول این سیستم ناحیه تبخیر و قسمت آخر آن ناحیه چگالش نامیده می شود.

مش بندی مدل حاضر از طریق ANSYS Meshing انجام شده است. مش ساختار یافته است و تعداد سلول های تولیدی برابر با 153680 است.

روش های استفاده شده

این شبیه سازی به صورت گذرا (وابسته به زمان، ناپایا، Transient) انجام شده است.حلگر این شبیه سازی حلگر فشار مبنا (Pressure-based Solver) می باشد.نیروی گرانش در این شبیه سازی در نظر گرفته شده است.

نتایج شبیه سازی کلکتور خورشیدی

پس از اتمام شبیه سازی، کانتورهای دوبعدی و سه بعدی مربوط به دما، فشار و سرعت به دست می‌آیند. کانتورها نشان می دهد که سیال عامل در قسمت اولیه FMHPA (منطقه تبخیر) گرما را دریافت می کند و دما افزایش می یابد. این گرما از طریق لایه شیشه ای جاذب تابش خورشید و فضای شکاف هوا به FMHPA منتقل می شود. سپس، سیال کاری با دمای بالا در انتهای FMHPA (منطقه تراکم) گرما را از دست می دهد و دما کاهش می یابد.