طراحي و تحليل يك دودكش خورشيدي مقياس كوچك با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي

Design and Numerical Investigation of a Small Scale Solar Chimney Using Computational Fluid Dynamics

در كار حاضر، يك دودكش خورشيدي با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي مورد تحليل و طراحي قرار گرفته است و ابعاد بهينه دودكش تعيين شده است. سطح مقطع دودكش خورشيدي به‌صورت مستطيلي در نظر گرفته شده است و مدل‌سازي به‌صورت سه‌بعدي انجام شده است. دودكش در ابعاد مختلف و با مقاطع هندسي گوناگون مدل شده است و اثر هندسه دودكش روي جريان هواي داخل و عملكرد آن مورد بررسي قرار گرفته است. در اين تحقيق علاوه بر اثر هندسه دودكش، اثر تغيير شار حرارتي دريافتي از محيط، فشار مثبت در دهانه ورودي و دماي هواي ورودي بر دبي هواي خروجي از دودكش مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج نشان دهنده وجود عرض بهينه به منظور بيشينه‌سازي دبي هوا در دودكش است. بررسي نتايج نشان مي‌دهد كه در شارهاي حرارتي مختلف (100 تا 1300 وات) و با افزايش عرض، دبي در واحد طول دودكش افزايش مي‌يابد اما اين روند تنها تا عرض 2/0 متر ادامه پيدا مي‌كند. پس از اين نقطه با افزايش عرض، دبي كاهش پيدا مي‌كند. علت اين پديده ايجاد و گسترش جريان برگشتي مي‌باشد. افزايش سطح دهانه ورودي، افزايش فشار در دهانه ورودي و افزايش ارتفاع دودكش علاوه بر افزايش دبي و بهبود عملكرد، باعث افزايش عرض بهينه مي‌شود.

In the current study, a solar shimney is analyzed and designed using computational fluid dynamics (CFD). The optimal dimensions of the chimney is determined. The chimney has a rectangular cross section and it is modeled in three-dimenstional space. The chimney has been modeled in various dimensions and with various geometric sections and impact of chimney geometries have been investigated on internal air flow and its performance. In addition to the geometry of the chimney effect, impact of change heat flux received from environment, entrance positive pressure and inlet air temperature were studied on outlet air mass flow rate from the chimney. The results indicated that there is optimum width in order to maximize air flow rate in the chimney. Optimum width is increased with Increase in inlet cross section, entrance pressure and chimney height in addition to increased air mass flow rate and performance improvement. The results of this plan can be used for appropriate design of a solar chimney and finally making it.