شماره مدرك
21293
شماره راهنما
400 گلپايگان
پديد آورنده
صفري طاهركيخائي، حانيه
عنوان
شبيه سازي عددي تأثير ريبهاي ساده بر انتقال حرارت و افت فشار در كانال كلكتور هواي خورشيدي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
تبديل انرژي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
يازده، 33ص.: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
گرمكن هواي خورشيدي , زبري مصنوعي , ريب مستطيلي , ريب نيمدايرهاي , شبيهسازي عددي , عملكرد ترموهيدروليكي
تاريخ ورود اطلاعات
1405/07/10
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
دانشكده
فني مهندسي گلپايگان
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/07/15
كد ايرانداك
23203534
چكيده فارسي
گرمكنهاي هواي خورشيدي بهعنوان يكي از سادهترين و اقتصاديترين سامانههاي بهرهبرداري از انرژي خورشيدي، كاربرد گستردهاي در گرمايش فضا، خشككردن محصولات كشاورزي و برخي فرآيندهاي صنعتي دارند. با اين حال، ضريب انتقال حرارت پايين هوا و تشكيل لايه مرزي حرارتي ضخيم بر روي سطح جاذب، موجب كاهش بازده حرارتي اين سامانهها ميشود. يكي از روشهاي مؤثر براي بهبود عملكرد حرارتي گرمكنهاي هواي خورشيدي، استفاده از زبريهاي مصنوعي بر روي سطح داخلي كانال هوا است. اين زبريها با ايجاد اختلال در جريان و افزايش آشفتگي موضعي، موجب افزايش انتقال حرارت ميشوند، اما همزمان ميتوانند باعث افزايش افت فشار و توان پمپاژ گردند. از اين رو، بررسي همزمان عملكرد حرارتي و هيدروليكي اين سامانهها ضروري است.
در اين پژوهش، عملكرد حرارتي، هيدروليكي و ترموهيدروليكي يك گرمكن هواي خورشيدي مجهز به زبري مصنوعي با استفاده از شبيهسازي عددي ديناميك سيالات محاسباتي مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور، دو نوع هندسه ريب مصنوعي شامل ريب مستطيلي و ريب نيمدايرهاي انتخاب شده و نتايج آنها با كانال صاف مقايسه شده است. شبيهسازيها با استفاده از نرمافزار ANSYS Fluent و در شرايط جريان آشفته انجام شده و اثر عدد رينولدز بر توزيع دما، ميدان سرعت، عدد نوسلت، ضريب اصطكاك و افت فشار بررسي گرديده است.
نتايج نشان داد كه استفاده از ريبهاي مصنوعي موجب افزايش قابل توجه عدد نوسلت نسبت به كانال صاف ميشود. در اين ميان، هندسه ريب نيمدايرهاي در كل بازه عدد رينولدز عملكرد حرارتي بهتري نسبت به ريب مستطيلي از خود نشان داد. بررسي نتايج هيدروليكي حاكي از آن بود كه ريب مستطيلي بيشترين افت فشار را ايجاد ميكند، در حالي كه ريب نيمدايرهاي افت فشار كمتري دارد. ارزيابي عملكرد ترموهيدروليكي با استفاده از شاخص TPF نشان داد كه هندسه ريب نيمدايرهاي تعادل مناسبتري بين افزايش انتقال حرارت و كنترل افت فشار برقرار كرده و از ديدگاه عملكرد كلي، گزينه مناسبتري براي كاربرد در گرمكنهاي هواي خورشيدي محسوب ميشود.
چكيده انگليسي
Solar air heaters are among the simplest and most cost-effective systems for utilizing solar energy and are widely used in space heating, agricultural drying, and certain industrial processes. However, the low heat transfer coefficient of air and the formation of a thick thermal boundary layer over the absorber surface significantly limit their thermal efficiency. One effective method to enhance the thermal performance of solar air heaters is the use of artificial roughness on the inner surface of the air duct. Such roughness elements increase heat transfer by disturbing the flow and enhancing local turbulence, but they may also lead to higher pressure losses and pumping power. Therefore, a simultaneous evaluation of thermal and hydraulic performance is essential.
In this study, the thermal, hydraulic, and thermo-hydraulic performance of a solar air heater equipped with artificial roughness is investigated using computational fluid dynamics (CFD). Two types of artificial rib geometries, namely rectangular ribs and semi-circular ribs, are considered and compared with a smooth duct. The simulations are performed using ANSYS Fluent under turbulent flow conditions, and the effects of Reynolds number on temperature distribution, velocity field, Nusselt number, friction factor, and pressure drop are examined.
The results indicate that the use of artificial ribs significantly enhances the Nusselt number compared to the smooth duct. Among the investigated geometries, the semi-circular rib exhibits superior thermal performance over the entire range of Reynolds numbers. The hydraulic analysis shows that the rectangular rib produces the highest pressure drop, whereas the semi-circular rib results in lower flow resistance. evaluation of the thermo-hydraulic performance using the TPF index reveals that the semi-circular rib provides a better balance between heat transfer enhancement and pressure drop, making it a more suitable option for practical applications in solar air heaters.
استاد راهنما
مرضيه رضازاده
استاد داور
بهمن اسدي , ابوالحسن عسگر شمسي