بررسی عددی پارامترهای موثر بر سرعت هوا در دودکش خورشیدی

بحران آلودگی محیط‌زیست بر اثر استفادۀ بیش از حد سوخت‌های فسیلی و خطر از بین رفتن ذخایر و منابع طبیعی و همچنین تولید بیش از حد گازهای گلخانه‌ای و در نتیجۀ گرم شدن زمین بسیاری از محققان حوزۀ انرژی را به فکر استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر به‌عنوان انرژی جایگزین فسیلی انداخته است. نیروگاه‌های دودکش خورشیدی یکی از انواع انرژی‌های تجدیدپذیر می‌باشد که در دهۀ گذشته، مورد توجه محققان قرار گرفته است. نیروگاه‌های دودکش خورشیدی از جمله نیروگاه‌هایی هستند که ساختار آن‌ها را جمع‌کننده‌های خورشیدی، دودکش و توربین‌هایی که در ابتدای دودکش قرار داده می‌شوند، تشکیل می‌دهند. هدف از این بررسی، مدل‌سازی عددی یک نمونه دودکش خورشیدی ساخته‌شده در دانشگاه تهران و بررسی پارامترهای هندسی موثر بر افزایش سرعت جریان هوا درون آن است. مدل‌سازی عددی به‌صورت دوبعدی و بر مبنای روش حجم محدود و مدل آشفتگی کااپسیلون استاندارد در شبکۀ بهینه در نرم‌افزار انسیس فلوئنت انجام شده است. نتایج عددی تطابق خوبی را با حداکثر اختلاف 6% نسبت به نتایج تجربی نشان می‌دهد. تفاوت تحقیق حاضر در مقایسه با تحقیق‌های پیشین انجام‌شده، مدل‌سازی نیروگاه بدون استفاده از خواص ذخیره‌سازی انرژی توسط زمین و با استفاده از شار حرارتی ثابت روی جمع‌کننده بدون در نظر گرفتن شرایط تشعشعی محیطی است .نتایج نشان داد که افزایش ارتفاع دودکش، ارتفاع جمع‌کننده، شعاع جمع‌کننده و کاهش شعاع دودکش باعث می‌شود سرعت جریان هوا داخل برج در حدود 76% افزایش یابد (از 1.7 متر بر ثانیه در مدل تجربی تا 3 متر بر ثانیه) که نتیجۀ آن بهبود کارایی این مدل نیروگاه است. همچنین، از میان پارامترهای مورد بررسی، افزایش شعاع جمع‌کننده و کاهش شعاع دودکش نقش بیشتری را در افزایش سرعت جریان هوا داخل برج دودکش خورشیدی ایفا می‌کنند. نتایج این تحقیق می‌تواند در بهینه‌سازی قسمت‌های مختلف نیروگاه نظیر توربین، جمع‌کننده و برج تاثیر بسزایی را داشته باشد.

Numerical Investigation of Effective Parameters on Efficiency of Solar Chimney

The environmental pollution crisis caused by the excessive use of fossil fuels and the risk of the destruction of natural resources and reserves, as well as the excessive production of greenhouse gases and, consequently, global warming, led many energy researchers to use renewable energy As a fossil fuel alternative. Solar chimneys are one of the types of renewable energies that have been taken into consideration by researchers over the past decade. Solar chimney power plants are such plants which include solar collectors, chimney and turbines that are placed at the entrance of the chimney. The aim of this study is numerical modeling of a solar chimney power plant prototype model built in Tehran University and investigation of the affecting parameters on enhancement the air velocity within it. The two dimensional numerical modeling based on finite volume method is conducted using standard wall function turbulence modeling through an optimum mesh. The numerical results show good agreement with experimental data with maximum 6 percent difference in magnitude. Comparing with similar studies, modeling the power plant without using the energy storage properties of the earth by using constant heat flux on the collector regardless of the environmental radiation conditions has been conducted in the present research. The results show that increasing the chimney height, collector radius and collector height and decreasing the radius of the chimney would result in increasing 76 percent in air velocity through the chimney (from 1.7 m/s in the experimental model to 3m/s) and consequently improving the model efficiency. Furthermore, among the effective parameters, collector and chimney radius play greater roll on increasing the air velocity through the chimney. The results of this research may play significant role on optimizing the constructed solar chimney power plant model.