طراحی و تحلیل یک دودکش خورشیدی مقیاس کوچک با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

2 دانشجوی دکتری، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

چکیده

در کار حاضر، یک دودکش خورشیدی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مورد تحلیل و طراحی قرار گرفته است و ابعاد بهینه دودکش تعیین شده است. سطح مقطع دودکش خورشیدی به‌صورت مستطیلی در نظر گرفته شده است و مدل‌سازی به‌صورت سه‌بعدی انجام شده است. دودکش در ابعاد مختلف و با مقاطع هندسی گوناگون مدل شده است و اثر هندسه دودکش روی جریان هوای داخل و عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق علاوه بر اثر هندسه دودکش، اثر تغییر شار حرارتی دریافتی از محیط، فشار مثبت در دهانه ورودی و دمای هوای ورودی بر دبی هوای خروجی از دودکش مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان دهنده وجود عرض بهینه به منظور بیشینه‌سازی دبی هوا در دودکش است. بررسی نتایج نشان می‌دهد که در شارهای حرارتی مختلف (100 تا 1300 وات) و با افزایش عرض، دبی در واحد طول دودکش افزایش می‌یابد اما این روند تنها تا عرض 2/0 متر ادامه پیدا می‌کند. پس از این نقطه با افزایش عرض، دبی کاهش پیدا می‌کند. علت این پدیده ایجاد و گسترش جریان برگشتی می‌باشد. افزایش سطح دهانه ورودی، افزایش فشار در دهانه ورودی و افزایش ارتفاع دودکش علاوه بر افزایش دبی و بهبود عملکرد، باعث افزایش عرض بهینه می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Linden PF (1999) The fluid mechanics of natural ventilation. Annu Rev Fluid Mech 31(1): 201-238.

[2] Emmerich SJ, Dols WS, Axley JW (2001) Natural ventilation review and plan for design and analysis tools. US Department of Commerce, Technology Administration, National Institute of Standards and Technology.

[3] Bansal NK, Mathur R, Bhandari MS (1993) Solar chimney for enhanced stack ventilation. Build Environ 28(3): 373-377.

[4] Gan G (2006) Simulation of buoyancy-induced flow in open cavities for natural ventilation. Energ Buildings 38(5): 410-420.

[5] Harris DJ, Helwig N (2007) Solar chimney and building ventilation. Appl Energ 84(2): 135-146.

[6] Baharvand E (2010) How to model a wall solar chimney. Department of Architecture, Building and Planning, Unit Building Physics and Systems, Technical University of Eindhoven.

[7] Nikas K, Nikolopoulos SN, Nikolopoulos A (2010) Numerical study of a naturally cross-ventilated building. Energ Buildings 42(4): 422-434.

[8] Bansal NK, Mathur R, Bhandari MS (1994) A study of solar chimney assisted wind tower system for natural ventilation in buildings. Build Environ 29(4): 495-500.

[9] Nouanégué HF, Alandji LR, Bilgen E (2008) Numerical study of solar-wind tower systems for ventilation of dwellings. Renew Energ 33(3): 434-443.

[10] Arce J, Jiménez MJ, Guzmán JD, Heras MR, Alvarez G, Xamán J (2009) Experimental study for natural ventilation on a solar chimney. Renew Energ 34(12): 2928-2934.

[11] Miyazaki T, Akisawa A, Kashiwagi T (2006) The effects of solar chimneys on thermal load mitigation of office buildings under the japanese climate. Renew Energ 31(7): 987-1010.

[12] Drori U, Dubovsky V, Ziskind G (2005) Experimental verification of induced ventilation. J Environ Eng-Asce 131(5): 820-826.

[13] Martı´-Herrero J, Heras-Celemin MR (2007) Dynamic physical model for a solar chimney. Sol Energy 81(5): 614-622.

[14] Asnaghi A, Ladjevardi SM (2012) Solar chimney power plant performance in Iran. Renew Sustainable Energ R 16(5) 3383-3390.

[15] Sangi R (2012) Performance evaluation of solar chimney power plants in Iran. Renew Sustainable Energ R 16(1) 704-710.

[16] Ghalamchi, M, Kasaeian A, Ghalamchi M (2015) Experimental study of geometrical and climate effects on the performance of a small solar chimney. Renew Sustainable Energ R 425-431.

[17] Amir Rezaei S, Imani H (2015) Experimental and numerical investigation on an innovative solar chimney. Energ Convers Manage 95: 446-452.

[18] Bouchair A (1994) Solar chimney for promoting cooling ventilation in southern algeria. Build Serv Eng Res Technol 15(2): 81-93.