تحلیل و بررسی عددی اثر نسبت ارتفاع و زاویه کلکتور و وجود مانع در یک دودکش خورشیدی با ورودی دو طبقه

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک ، دانشگاه دریانوردی و علوم دریایی چابهار، ایران.

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه دریانوردی و علوم دریایی چابهار، ایران.

3 استادیار، گروه مهندسی دریا، دانشگاه دریانوردی و علوم دریایی چابهار، ایران.

10.22044/jsfm.2025.15217.3908

چکیده

از بین انرژی‌های تجدید پذیر انرژی خورشید به دلیل دسترسی راحت یکی از بهترین منابع انرژی می‌باشد. در این پژوهش به بررسی شکل و ابعاد نیروگاه دودکش خورشیدی که یکی از راه‌های تبدیل انرژی خورشید به الکتریسیته است پرداخته شده است. از آنجایی که استفاده از دودکش‌های خورشیدی با ورودی دو طبقه اخیرا به بحث داغی تبدیل شده، این بهینه سازی بر روی یک نیروگاه دودکش خورشیدی با کلکتور دو طبقه در دو مرحله به صورت عددی در نرم‌افزار انسیس فلوئنت انجام شده است. بهینه سازی به این صورت انجام شد که در فاز اول نوع جریان در دو طبقه کلکتور که می تواند موافق یا مخالف باشد و نسبت ارتفاع دو طبقه کلکتور بهینه شده و در فاز دوم به بهینه سازی زاویه سقف دو طبقه کلکتور پرداخته شد. نتایج نشان می دهد هنگامی که جریان در دو طبقه کلکتور از نوع موافق باشد توان تولیدی نیروگاه بسیار بیشتر است و همچنین در این حالت هنگامی که نسبت ارتفاع طبقه اول به کل کلکتور برابر با ۸۰ درصد باشد بیشترین راندمان و توان تولیدی به ترتیب برابر با 1/22 و 5/39 کیلووات به دست می‌آید. با بررسی اثر زاویه سقف‌های کلکتور می توان دریافت زمانی که سقف طبقه اول افقی باشد و سقف طبقه دوم دارای زاویه یک درجه، توان تولیدی نیروگاه و راندمان آن بهینه‌ترین حالت را دارند. در واقع در این حالت توان تولیدی نیروگاه با 8 درصد افزایش به 6/42 کیلوات می‌رسد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Pastohr, H., Kornadt, O., & Gürlebeck, K. (2004). Numerical and analytical calculations of the temperature and flow field in the upwind power plant. Int. J. of Energy Research, 28(6), 495-510.
[2] Ming, T., Liu, W., Pan, Y., & Xu, G. (2008). Numerical analysis of flow and heat transfer characteristics in solar chimney power plants with energy storage layer. Energy Conversion and Management, 49(10), 2872-2879.
[3]Maia, C. B., Ferreira, A. G., Valle, R. M., & Cortez, M. F. (2009). Theoretical evaluation of the influence of geometric parameters and materials on the behavior of the airflow in a solar chimney. Computers & Fluids, 38(3), 625-636.
[4] Chergui, T., Larbi, S., & Bouhdjar, A. (2010). Thermo-hydrodynamic aspect analysis of flows in solar chimney power plants—A case study. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(5), 1410-1418.
[5] Sangi, R., Amidpour, M., & Hosseinizadeh, B. (2011). Modeling and numerical simulation of solar chimney power plants. Solar energy, 85(5), 829-838.
[6] Xu, G., Ming, T., Pan, Y., Meng, F., & Zhou, C. (2011). Numerical analysis on the performance of solar chimney power plant system. Energy Conversion and Management, 52(2), 876-883.
[7] Hamdan, M. O. (2013). Analysis of solar chimney power plant utilizing chimney discrete model. Renewable energy, 56, 50-54.
[8] Fasel, H. F., Meng, F., Shams, E., & Gross, A. (2013). CFD analysis for solar chimney power plants. Solar energy, 98, 12-22.
[9] Ayadi, A., Driss, Z., Bouabidi, A., & Abid, M. S. (2017). Experimental and numerical study of the impact of the collector roof inclination on the performance of a solar chimney power plant. Energy and Buildings, 139, 263-276., A., Driss, Z., & Abid, M. S. (2020). The impact of placing obstacles on the distribution of the airflow inside a solar chimney. Environmental Progress & Sustainable Energy, 39(3), e13379.
[10] Najm, O. A., & Shaaban, S. (2018). Numerical investigation and optimization of the solar chimney collector performance and power density. Energy conversion and management, 168, 150-161.
[11] Abdelmohimen, M. A., & Algarni, S. A. (2018). Numerical investigation of solar chimney power plants performance for Saudi Arabia weather conditions. Sustainable Cities and Society, 38, 1-8.
[12] Nasraoui, H., Ayadi, A., Bouabidi, A., Driss, Z., & Kchaou, H. (2019). Influence of the collector concavity on the airflow behavoir within solar chimney power plant. Int. J. Green Energy, 16(15), 1562-1570.
[13] Sedighi, A. A., Deldoost, Z., & Karambasti, B. M. (2020). Effect of thermal energy storage layer porosity on performance of solar chimney power plant considering turbine pressure drop. Energy, 194, 116859.
 
[14] Nasraoui, H., Driss, Z., & Kchaou, H. (2020). Novel collector design for enhancing the performance of solar chimney power plant. Renewable Energy, 145, 1658-1671.
[15] Das, P., & Chandramohan, V. P. (2020). 3D numerical study on estimating flow and performance parameters of solar updraft tower (SUT) plant: Impact of divergent angle of chimney, ambient temperature, solar flux and turbine efficiency. J. Cleaner Production, 256, 120353.
[16] Kebabsa, H., Lounici, M. S., Lebbi, M., & Daimallah, A. (2020). Thermo-hydrodynamic behavior of an innovative solar chimney. Renewable energy, 145, 2074-2090.
[17] Singh, A. P., Kumar, A., & Singh, O. P. (2021). A novel concept of integrating bell-mouth inlet in converging-diverging solar chimney power plant. Renewable Energy, 169, 318-334.
[18] Ghalamchi, M., Kasaeian, A., Ghalamchi, M., & Mirzahosseini, A. H. (2016). An experimental study on the thermal performance of a solar chimney with different dimensional parameters. Renewable Energy, 91, 477-483.
[19] Bouabidi, A., Ayadi, A., Nasraoui, H., Driss, Z., & Abid, M. S. (2018). Study of solar chimney in Tunisia: Effect of the chimney configurations on the local flow characteristics. Energy and Buildings, 169, 27-38.
[20] Mandal, D. K., Pradhan, S., Chakraborty, R., Barman, A., & Biswas, N. (2022). Experimental investigation of a solar chimney power plant and its numerical verification of thermo-physical flow parameters for performance enhancement. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 50, 101786.
[21] Rezaei, L., Saeidi, S., Sápi, A., Senoukesh, M. A., Gróf, G., Chen, W. H., ... & Klemeš, J. J. (2023). Efficiency improvement of the solar chimneys by insertion of hanging metallic tubes in the collector: Experiment and computational fluid dynamics simulation. J. Cleaner Production, 415, 137692.
[22] Mandal, D. K., Biswas, N., Manna, N. K., & Benim, A. C. (2024). Impact of chimney divergence and sloped absorber on energy efficacy of a solar chimney power plant (SCPP). Ain Shams Eng. J., 15(2), 102390.