تحلیل عددی نرخ جریان هوا و دمای خروجی در دودکش های خورشیدی با در نظر گرفتن اثر پارامترهای هندسی

در این پژوهش فرآیند انتقال حرارت و تهویه طبیعی ناشی از دودکش خورشیدی متصل به دیواره جانبی ساختمان به صورت عددی و با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج به دست آمده از شبیه سازی های انجام شده با نرم افزار MITFLOW نشان می دهد که عملکرد سیستم دودکش خورشیدی به طور حساس تحت تاثیر پارامترهای هندسی و حرارتی از جمله نسبت عرض به ارتفاع، طول و ارتفاع دودکش، دمای سطح دیواره گرم شونده و نسبت سطح مقطع خروجی به ورودی قرار دارد. یافته های کلیدی این مطالعه حاکی از آن است که برای یک هندسه ثابت، نسبت بهینه عرض به ارتفاع در محدوده ۰.۱ (یعنی ۱/۱۰ BH) بیشترین نرخ جریان هوای تهویه را فراهم می آورد. همچنین مشخص شد که افزایش ارتفاع دودکش تا حدود ۴ متر منجر به بهبود قابل توجه نرخ جریان و دمای خروجی می شود، اما فراتر از این مقدار بازده حاشیه ای کاهش یافته و از نظر اقتصادی و عملکردی مقرون به صرفه نیست. علاوه بر این، بیشترین کارایی سیستم زمانی حاصل می شود که سطح مقطع خروجی و ورودی دودکش برابر باشند، چرا که در این حالت تعادل بهینه ای بین نیروی شناوری حرارتی و تلفات هیدرولیکی برقرار می گردد. همچنین تحلیل ها نشان داد که افزایش دمای دیواره جمع کننده خورشیدی در محدوده ۳۰ تا ۷۰ درجه سانتی گراد به طور مستقیم منجر به افزایش دمای خروجی و تقویت جریان همرفتی می شود اما این اثر در نسبت های هندسی بهینه برجسته تر ظاهر می گردد. در مقابل افزایش بی رویه عرض دودکش یا نسبت سطح مقطع خروجی به ورودی می تواند به دلیل کاهش سرعت جریان و افزایش زمان ماند، عملکرد حرارتی را تضعیف کند. در مجموع این پژوهش تاکید می کند که طراحی بهینه دودکش خورشیدی مستلزم در نظر گرفتن تعادل همزمان بین ابعاد هندسی، شرایط حرارتی و ملاحظات اقتصادی است. یافته های این مطالعه نه تنها با داده های آزمایشگاهی و تحلیل های نظری موجود همخوانی دارد بلکه چارچوبی کاربردی برای مهندسان و طراحان ساختمان در بهینه سازی سیستم های تهویه طبیعی فراهم می آورد تا ضمن کاهش مصرف انرژی شرایط آسایش حرارتی داخلی را بهبود بخشند و سهم ساختمان ها در کاهش انتشار کربن را افزایش دهند.

Keywords:

دودکش خورشیدی با دیواره ی گرم شونده ی یک طرفه , تهویه ی طبیعی , نرخ جریان هوا , شبیه سازی عددی , طراحی بهینه