مدل سازي عددي نحوه سيركولاسيون سيال درون آب گرمكن هاي خورشيدي لوله خلا

Numerical simulation of water circulation inside evacuated tube solar water heaters

در اين مقاله، مدل سازي عددي جريان سيال درون آب گرمكن هاي خورشيدي نوع لوله خلا ارايه شده است. براي اين مدل سازي از نرم افزار فلوينت استفاده شده و در آن يك لوله خلا به همراه مقطع مخزن متناسب با آن مدل شده اند. براي سنجش اعتبار اين مدل سازي عددي از آزمايشهاي تجربي استفاده شده است. نتايح حاصل از اين مدل سازي عددي با نتايج آزمايش هاي تجربي مقايسه شده و از همخواني مطلوبي برخوردار مي باشد. از نتايج حاصل از اين مدلسازي عددي ميتوان براي بررسي تاثير پارامترهاي هندسي مختلفي چون نسبت ابعادي لوله ها، شيب لوله ها، حجم مخزن، فاصله بين لوله هاي موازي، استفاده از بازتابنده پخشي در پشت لوله ها، فاصله اين بازتابنده تا لوله هاو شرايط محيطي بر روي عملكرد گرمايي اين نوع آب گرمكن ها استفاده نمود. از جمله نتايج حاصل از اين مدل سازي، نمودارهاي توزيع سرعت و توزيع دما درون دامنه حل ميباشد. اين نمودارها نشان مي دهند كه در انتهاي لوله ناحيه اي ساكن قرار دارد كه دماي آن بيشتر از ساير نواحي است. در قسمت زيرين مخزن نيز يك ناحيه ساكن قرار دارد كه وارد چرخه سيال نمي شود و دمايش كمتر از ساير نقاط دامنه حل مي باشد. تاثير ميزان ميانگين سطحي انرژي تابشي خورشيد روي سطح لوله جاذب بر عملكرد گرمايي اين نوع آب گرمكن ها نيز بررسي گرديد و نتايج نشان داد كه با افزايش ميانگين سطحي انرژي تابشي خورشيد روي سطح لوله جاذب، عملكرد حرارتي لوله هاي خلا حدود 5 درصد افزايش مي يابد.

Numerical simulation for water circulation inside vacuum tube solar water heater is presented. Only one tube with it’s proportional section of storage tank is considered for this simulation using Fluent. Experimental test was used in order to validate the numerical results and they’re found out to be in a good agreement. This numerical model can be used to study the effect of different geometric parameters such as tube’s aspect ratio, tube’s inclination, tank’s volume, distance between two adjacent tubes, use of diffuse flat reflector (DFR, in short), distance between solar tubes and the DFR and climatic conditions on the thermal performance of these kind of solar water heaters. Temperature and velocity distribution inside the tube and storage tan are the results of this study. These diagrams show that there is an inactive and hot region near the tube’s end and there is also an inactive and cold region in the bottom of the storage tank which do not participate in the overall water circulation. The effect of average solar heat flux per each tube on the thermal performance of these solar water heaters is studied. Results show that thermal performance of these solar water heaters increases almost 5% as the average solar heat flux per each tube increases.