دودکش خورشیدی برای سیستم HVAC اتاق، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

شرح پروژه (دودکش خورشیدی)

هدف از این مسألهف شبیه سازی عددی یک دودکش خورشیدی (solar chimney) به عنوان سیستم تهویه (HVAC) اتاق با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است. مدل حاضر از دو قسمت اصلی شامل فضای داخلی اتاق و دودکش خورشیدی شیب‌دار در سقف اتاق تشکیل شده است.

هندسه دو بعدی مدل حاضر را با استفاده از نرم افزار انسیس دیزاین مدلر (ANSYS Design Modeler) طراحی کردیم. هندسه مدل از دو قسمت تشکیل شده است که شامل اتاقی به ابعاد 2 متر 3 متر و دودکش خورشیدی به طول 2 متر، شیب 45 درجه به سقف اتاق و عرض 0.15 متر می‌باشد.

مش بندی مدل حاضر با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) انجام شده است. نوع مش بندی از نوع با سازمان (structured) بوده و تعداد 42846 سلول ایجاد شده است.

روش‌های استفاده شده

دودکش خورشیدی از صفحات شیشه‌ای در سطوح جانبی آن تشکیل شده است که با محیط در تماس هستند. به عنوان یک محیط شفاف، انرژی خورشیدی را دریافت می‌کند و صفحه‌ای در پشت خود به عنوان یک سطح جذب کننده گرما دارد. فرض براین است که سطح جاذب پشت دودکش دارای دمای ثابت 15/335 کلوین است.

در مقابل، سطح شیشه در تماس با محیط خارجی دارای انتقال حرارت همرفتی (convection) با محیط اطراف خود است. دمای هوای محیط 308.15 کلوین و ضریب انتقال حرارت همرفتی 8 W/m²K است.

همچنین فرض بر این است که گرمای دریافتی از نور خورشید در داخل دودکش منبع حرارتی (heat source) ثابتی معادل 15000 W/m³ در داخل دودکش ایجاد می‌کند.

نتایج

پس از پایان فرآیند حل، کانتورهای (contour) دو بعدی فشار، دما و سرعت، و همچنین خطوط مسیر (pathline) و بردارهای (vector) سرعت به دست می‌آیند. همچنین نمودار توزیع دما در جهت عرضی در نقطه‌ای از وسط دودکش خورشیدی (در فاصله 1 متری از ورودی و خروجی) و نمودار تغییرات سرعت در جهت عرضی در قسمت خروجی دودکش به دست می‌آید.

جریان هوا از بخش ورودی در پایین اتاق دارای شرایط مرزی فشار ورودی است. به این ترتیب این جریان هوای ورودی در دمای 308.15 کلوین توسط گرمای دودکش خورشیدی به داخل اتاق مکیده شده و به محیط خارج از اتاق منتقل می‌شود.

مشخصات دما در نقطه ای از دودکش خورشیدی در فاصله 1 متری از ورودی دودکش با ضخامت 0.15 متر به دست آمده و با مشخصات دمایی همان مورد در یک مقاله مقایسه شده است.