تحلیل عددی خصوصیات جریان هوا در دودکش خورشیدی با حضور لایه گیاهی

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران مرکزی

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران مرکزی

3 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تفرش

چکیده

امروزه افزایش تقاضا برای انرژی از یک سو و کاهش منابع فسیلی از سوی دیگر اهمیت استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر را بیش از پیش نمایان میکند. دودکش خورشیدی بهعنوان یکی از راههای استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید برق است. این ایده به دلیل بالا بودن سطح جذب انرژی خورشیدی و همچنین مزایای استفاده از هوا به عنوان جاذب، توجه محققین را به خود جذب نموده است. ولی این سیستم در حال حاضر صرفه اقتصادی پایینی دارد. در این مطالعه برای حل این مشکل، پرورش گیاه در کلکتور به منظور افزایش بهرهوری اقتصادی پیشنهاد و شبیهسازی عددی شد و اثرات هندسی و فیزیکی گیاه بر جریان هوا مورد بررسی قرار گرفت. تاکنون کشت گیاه در کلکتور برای رفع مشکل صرفه اقتصادی پایین به صورت دقیق مورد بررسی قرار نگرفته است. برای اعتبار سنجی مدل ابتدا مدل آزمایشی ساخته شده در مانزانارس اسپانیا مدلسازی و سرعت و اختلاف دمای ایجاد شده در جریان هوا بین ورودی و خروجی کلکتور محاسبه شد. نتایج بدست آمده از حل عددی مطابقت بسیار خوبی با نتایج آزمایشگاهی را نشان داد و خطا کمتر از 5 درصد بود. در ادامه لایه گیاهی بهصورت محیط متخلخل در کف کلکتور مدلسازی و تاثیر آن بر سرعت جریان و اختلاف دمای ایجاد شدهدر عدد رایلی Ra=10^11 بررسی شد. مشاهده شد که در خروجی کلکتور سرعت چریان تقریبا 2.5 درصد کاهش و اختلاف دما تقریبا 2 درصد افزایش یافت . بنابراین میتوان ادعا کرد که با کشت سطح وسیعی از زمین کلکتور با یک گیاه با صرفه اقتصادی بالا میتوان مشکل اقتصادی سیستم دودکش خورشیدی را برطرف نمود بدون اینکه تاثیر منفی چشمگیری بر خصوصیات جریان داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Haaf, W., “Solar Chimneys, Part II: Preliminary Test Results from the Manzanares Pilot Plant”, International Journal of Solar Energy, Vol. 2, pp. 141-16, (1984).

[2] Bernardes, M., Vob, A., and Weinrebe, G., “Thermal and Technical Analyses of Solar Chimneys”, Solar Energy, Vol. 75, pp. 511–524, (2003).

[3] Zhou, X., Yang, J., and Guoxiang Hou, B., “Experimental Study of Temperature Field in a Solar Chimney Power Setup”, Applied Thermal Engineering, Vol. 27, pp. 2044–2050, (2007).

[4] Tingzhen, M., Wei, L., Xiong Yanbin, X., Xuhu, G., and Yuan, P., “Numerical Simulation of the Solar Chimney Power Plant Systems Coupled with Turbine”, Renewable Energy, Vol. 33, pp. 897–905, (2008).

[5] Ketlogetswe, C., Fiszdon, J., and Seabe, O., “Solar Chimney Power Generation Projectthe Case for Botswana”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 12, pp. 2005–2012, (2008).

[6] Petela, R., “Thermodynamic Study of a Simplified Model of the Solar Chimney Power Plant”, Solar Energy, Vol. 83, pp. 94–107, (2009).

[7] Kasaeian, A.B., Heidari, E., and Nasiri Vatan, Sh., “Experimental Investigation of Climatic Effects on the Efficiency of a Solar Chimney Pilot Power Plant”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, (2011).

[8] Xu, G., Ming, T., Pan, Y., Meng, F., and Zhou, C., “Numerical Analysis on the Performance of Solar Chimney Power Plant System”, Energy Conversion and Management, Vol. 52, pp. 876–883, (2011).

[9] Sangi, R., Amidpour, M., and Hosseinizadeh, B., “Modeling and Numerical Simulation of Solar Chimney Power Plants”, Solar Energy, Vol. 85, pp. 829–838, (2011).

[10] Hamdan, M., “Analysis of a Solar Chimney Power Plant”, Renewable Energy, Vol. 36, pp. 2593-2598, (2011).

[11] Li, J., Guo, P., and Wang, Y., “Effects of Collector Radius and Chimney Height on Power Output of a Solar Chimney Power Plant with Turbines”, Renewable Energy, Vol.47, pp. 21-28, (2012).

[12] Sharma, P.K., Tiwari, G.N., and Sorayan, V.P.S., “Temperature Distribution in Diferent Zones of the Micro-climate of a Greenhouse: a Dynamic Model”, Energy Conversion & Management, Vol. 40, pp. 335-348, (1999).

[13] Tong, G., Christopher, D.M., and Li, B., “Numerical Modelling of Temperature Variations in a Chinese Solar Greenhouse”, Computers and Electronics in Agriculture, Vol. 68, pp. 129–139, (2009).

[14] Nicolau, V., and Maluf, F., “Determination of Radiative Properties of Commercial Glass”, the 18th Conference on Passive and Low Energy Architecture, Florianopolis –Brazil, 7-9, (2001).

[15] Quirion, S., Villeneuve, S., LeBlanc, D., and Delaquis, P., “Thermophysical Properties and Thermal Behavior of Leafy Vegetables Packaged in Clamshells”, Journal of Food Engineering, Vol. 113, pp. 27-32, (2012).