فهرست مطالبفصل اول: مقدمه1-1- جریان سیال روی صفحات مشبک............... 2 فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته2-1- كنترل جريان سيال براي آرام نگاه داشتن آن 72-2- سرمايش ................................. 82-3- كلكتورهاي خورشيدي هواگرمكن مشبّك بدون پوشش (UTC) 92-4- حركت سيال همراه با مكش يكنواخت پيوسته... 122-5- حركت سيال همراه با مكش يكنواخت ناپيوسته. 132-5-1- تحقيقات گل نشان و همکاران........... 132-5-2-تحقيقات كائو......................... 172-5-3- تحقيقات آرولاناندام و ون دكر......... 202-6- تحقيقات كوتچر در مورد UTCها( تئوري Heat Loss ) 202-6-1-بالانس حرارتي كلي براي UTC............ 212-6-2- اتلاف حرارتي تشعشع براي كلكتور....... 222-6-3- اتلاف حرارت جابجايي.................. 222-6-4- جابجايي اجباري و جريان آرام......... 22عنوان صفحه 2-6-4-1- پروفيل سرعت.................... 222-6-4-2- ضخامت لايه مرزي.................. 232-6-4-3- پروفیل دما...................... 232-6-4-4- اتلاف حرارت جابجايي.............. 242-6-5- جابجايي آزاد و جريان آرام........... 242-6-5-1- پروفيل سرعت..................... 242-6-6- جريان متلاطم......................... 262-6-7- کارایی تبادل گرما................... 262-7- آناليز حرارتي آگوستوس در مورد UTC .... 272-7-1- فرضيات............................. 272-7-2- معادله بالانس انرژي................. 282-7-2-1- صفحه جاذب....................... 292-7-2-2- فاصله هوايي..................... 292-7-2-3- صفحه پشتي....................... 302-7-3-انتقال حرارت تابشي................... 302-7-3-1- صفحه جاذب به محيط.............. 302-7-3-2- صفحه جاذب به صفحه پشتي.......... 302-7-3-3- صفحه پشتي به محيط اطراف......... 302-7-4- افت فشار............................ 312-7-5- نتایج شبیه سازی آگوستوس............. 31 عنوان صفحه فصل سوم: تعریف مسئله3-1- مقدمه.................................. 333-2- تاريخچه ديناميك سيالات محاسباتي (CFD).... 343-2-1- انواع شبكه‌ها و روشهاي حل CFD....... 343-2-2- مراحل حل مسئله ديناميك سيالات محاسباتي363-3- معرفي نرم‌افزار Gambit.................... 373-4- معرفي نرم‌افزار Fluent .................... 373-5- توانايي‌هاي نرم‌افزار Fluent................ 373-6-تعریف مسئله............................. 383-6-3- شرایط مرزی در جريان موازي روي صفحه شياردار 423-6-4-معادلات حاكمه در جريان عمود و مایل روي يك رديف از شيارها........................................... 443-6-5- معادلات مربوط به مدلسازی جريان متلاطم در جریان عمود ومایل روییک ردیف از شیارها.......................... 453-6-6-لایه مرزی Asymptotic .................... 463-6-7-پارامترهای مربوط به کارایی UTC در جريان موازي 463-6-8-دامنه تغییرات متغیرها ............... 483-6-9- تئوری حل و شبکه انتخاب شده در جريان موازيروی شیار 483-6-10-تئوری حل، شبکه انتخاب شده و شرایط مرزی در جريان عمود و مایلروی یک ردیف از شیارها...................... 503-6-10-1- شرایط مرزی براي مسئله در حالت كلي 513-6-10-2 تولید هندسه..................... 533-6-10-3- تولید شبکه...................... 57عنوان صفحه فصل چهارم: نتایج4-1-نتايج مربوط به جريان موازي روي يك شيار... 654-1-1- تاثیر عدد رینولدز ................. 664-1-2- اثر (سرعت باد/ سرعت مکش) ........ 684-1-3- تاثیر ضریب تخلخل صفحه ............. 704-1-4- تاثیر هدایت حرارتی بی بعد (Admittance ) . 704-1-5- اثرضخامت بدون بعد................ 724-1-6- تاثیر زاویه باد .................... 734-1-7 -تاثیر جابجایی آزاد .................. 744-2-نتايج جريان عمود روي يك ردیف از شیارها... 754-2-1- تاثیر عدد رینولدز ................. 754-2-2- تاثیر ضریب تخلخل صفحه................ 764-2-3- تاثیر هدایت حرارتی بی بعد ........... 774-2-4- اثرضخامت بدون بعد.................... 784-2-5- اثر تشعشع............................ 794-2-6-تاثیر عرض plenum........................ 804-2-7- اثر تغییر زاویه باد روی صفحات مشبک با ابعاد محدود 81 فصل پنجم: نتایج و پیشنهادات5-1- نتایج................................... 845-2-پیشنهاد ات............................... 85 فهرست مراجع................................... 86 فهرست جدول ها عنوان صفحه جدول(2-1) : نتایج شبیه سازی آگوستوس........... 31جدول(3-1) : دامنه تغییرات پارامترهای موثر بر کارآیی صفحات مشبک.............................................. 61جدول(3-2) : مشخصات کلی هندسه تولید شده با شیارهای 3 میلی متری61جدول(3-3) : کیفیت شبکه اعمالی از نظر انحراف از اندازه یکسان 62 فهرست شکل ها عنوان صفحه شکل(1-1) : شکل شماتیک کلکتوربدون شیشه با صفحات مشبک 3شکل(2-1) : پارامتر های صفحه مشبک و جریان سیال. 14شکل(2-2) : لایه مرزی سرعت و ارتفاع مکیده شده در شیار 15شکل(2-3) : نسبت ضخامت مکش شده بر حسب......... 15شکل(2-4) : حالت اول آنالیز کائو............... 18شکل(2-5) : حالت دوم آنالیز کائو............... 18شکل(2-6) : حالت سوم آنالیز کائو............... 18شکل(2-7) :نمونه ای از کلکتور مشبک بدون شیشه... 21شکل(2-8) :اثر مکش روی لایه مرزی سرعت و دما در جریانجابجایی اجباری روی صفحه....................... 22شکل(2-9) :اثر مکش روی لایه مرزی سرعت و دما در جریانجابجایی آزاد روی صفحه......................... 25شکل(2-10) :شماتیک UTC مورد بررسی توسط آگوستوس.. 27شکل(2-11) :تبادل گرما در UTC .................. 28شکل(3-1) : شکل شماتیک از مسئله مورد بررسی با شیارهای ضربدری متقاطع........................................ 38شکل(3-2): نمونه ای از شیار موجود روی کلکتور... 40شکل(3-3): نمونه ای از هندسه مسئله جریان موازی در نرم افزار Gambit .............................................. 49شکل(3-4): نمونه ای از شبکهی استفاده شده برای جریان موازی در نرم افزار Gambit ................................... 49عنوان صفحه شکل(3-5):ناحیه مورد مطالعه در جریان عمود روی یک ردیف از شیارها.............................................. 50شکل(3-6):ابعاد یک شيار با طول پره 3 میلی متر.. 53شکل(3-7): ساخت اولین صفحه شيار............... 54شکل(3-8): حجم ایجاد شده از یک شيار در محیط گمبیت54شکل(3-9): صفحه جامد با شیارهای صلیبی شکل تعبیه شده در آن55شکل(3-10): حجمی از سیال که به منظور ریزتر کردن شبکهدر اطراف هر شیار درنظر گرفته شده است.......... 56شکل(3-11): هندسه نهایی و بخش های مختلف آن.... 57شکل(3-12): بخشی از هندسه که به منظور شبکه ساختاریافته ایجاد شده است. ......................................... 58شکل(3-13): نمایی از شبکه تولیدی در نواحی دایره ای بخش استوانه ایاطراف شيار صلیبی شکل.......................... 58شکل(3-14) : نمایی از شبکه تولیدی در صفحات جانبی بخش استوانه ایاطراف شيار صلیبی شکل.......................... 59شکل(3-15) : نمایی از شبکه حجمی تولید شده بر روی بخش استوانه ایاطراف شيار صلیبی شکل.......................... 59شکل(3-16) : نمایی از شبکه تولید شده در ناحيه اطراف شيار 60شکل(3-17): نمایی از شبکه حجمی تولید شده بر روی حجم پشتی صفحه جامد.......................................... 60شکل(3-18) : نمای بالایی از شبکه حجمی تولید شده بر رویحجم جلویی صفحه جامد.......................... 61شکل(3-19) : وضعیت تغییرات باقیمانده ها بر حسب تکرار 63شکل(3-20) : وضعیت تغییرات نرخ حجمی جریان در خروجی بر حسب تکرار.............................................. 63شکل (4-1): صفحه سوراخدار و دماهای مورد نظر.... 67شکل(4-2) : اثر تغییرات عدد رینولدز بر ضریب کارایی صفحات مشبک68شکل(4-3) : اثر تغییرات بر ضریب کارایی جلوی صفحه 69شکل(4-4) : اثر تغییرات بر ضریب کارایی سوراخ 69شکل(4-5) : اثر تخلخل بر ضریب کارایی صفحات مشبک70شکل(4-6) : اثر هدایت حرارتی بدون بعد بر ضریب کارایی سوراخ 71شکل(4-7) : اثر هدایت حرارتی بدون بعد بر ضریب کارایی جلوی صفحه71شکل(4-8) : اثربر ضریب کارایی صفحات مشبک.... 72شکل(4-9) : اثرزاویه باد بر ضریب کارایی جلوی صفحه73شکل(4-10) : اثرزاویه باد بر ضریب کارایی سوراخ. 74شکل(4-11) : اثر تغییرات عدد رینولدز بر ضریب کارایی صفحات مشبک.............................................. 75شکل(4-12) : اثر تغییرات عدد رینولدز بر راندمان حرارتی صفحات مشبک.......................................... 76شکل(4-13) : اثر تخلخل بر ضریب کارایی صفحات مشبک76شکل(4-14) : اثر تخلخل بر راندمان حرارتی صفحات مشبک 77شکل(4-15) : اثر هدایت حرارتی بدون بعد بر ضریب کارایی صفحات مشبک.............................................. 77شکل(4-16) : اثر هدایت حرارتی بدون بعد بر راندمان حرارتی صفحات مشبک.......................................... 78شکل(4-17) : اثربر ضریب کارایی صفحات مشبک... 78شکل(4-18) : اثربر راندمان حرارتی صفحات مشبک79شکل(4-19) : اثرتشعشع روی دمای خروجی.......... 79شکل(4-20) : اثرتشعشع روی بازده ی صفحات مشبک. 80شکل(4-21) : اثرعرضplenum روی بازده کلکتور.... 80 شکل(4-22) : مدل در نظر گرفته شده برای بررسی اثر تغییر زاویه یباد روی صفحات مشبک با ابعاد محدود............. 81شکل(4-23) : اثر تغییر زاویه ی باد برضریب کارایی صفحات مشبک با ابعاد محدود .................................. 82شکل(4-24) : اثر تغییر زاویه ی باد برراندمان حرارتی صفحات مشبک با ابعاد محدود ............................... 82فهرست علائم a , b, cابعاد سوراخمساحت سوراخAdهدایت حرارتی بی بعدمساحت صفحهCpظرفیت گرمایی ویژهdگام سوراخ هاDhقطر هیدرولیکیGشدت تابش خورشید بر روی سطحGrعدد گراشفhaضریب انتقال حرارت جابجایی هواhrضریب انتقال حرارت تشعشعیKaضریب انتقال حرارت رسانایی هواKsضریب انتقال حرارت رسانایی صفحهNurعدد ناسلت تشعشعیPrعدد پرانتلمحیط سوراخفشار جریان آزادReDhعدد رینولدز سوراخtضخامت صفحهTدمای هوامتوسط دمای پشت صفحهمتوسط دمای جلوی صفحهمتوسط دمای سوراخ هامیانگین دمای هوای ورودی به سوراخمیانگین دمای هوای خروجی از سوراخدمای صفحهمتوسط دمای صفحهدمای جریان آزادuhسرعت درون سوراخusسرعت مکشسرعت جریان آزادبردار سرعتuمولفه بردار سرعت در جهت xvمولفه بردار سرعت در جهت ywمولفه بردار سرعت در جهت Zزوایه وزش بادضریب کارآییبازده حرارتیتخلخلدمای بی بعدثابت استفان بولتزمنضریب کارآیی پشت صفحهضریب کارآیی جلوی صفحهضریب کارآیی درون سوراخضریب کارآیی کلیدمای بی بعد هوادمای بی بعد صفحهضریب انتشار سطح مقدمه 1-1- جریان سیال روی صفحات مشبک نیاز مبرم انسان امروزی به استفاده از سوخت‌های مختلف و مشکل آلودگی محیط زیست که ناشی از استفاده نادرست و بی رویه از این منابع سوختی است نسل امروز را به چاره‌اندیشی برای حل این مشکل قبل از پایان یافتن ذخایر انرژی وا‌داشته است. در اين راستا انرژي خورشيدي در جهت تـامين قسمتي از انرژي مورد نياز آينده جوامع بشري در اولويت قرار دارد. يكي از جديد ترين كاربردهاي اين انرژي استفاده از آن در تهويه مطبوع ساختمان هاي بزرگ از طريق پيش گرم كردن هوا به وسيله كلكتورهاي مشبک بدون شیشه است. انتقال حرارت از صفحات مشبک به وسیله ی مکش سیال اخیراً در صنعت کاربردی نو یافته است. عملکرد کلکتورهای خورشیدی بدون شیشه که از صفحات جاذب مشبک بهره می برند، بر این اساس استوار است: مکش هوا باعث می شود تا لایه ی مرزی تشکیل شده در اثر وزش باد بر روی صفحه در حالت آرام باقی بماند و انتقال حرارت از صفحه به هوا به صورت تنگاتنگ انجام شود و بدین سبب بازده ی این کلکتورها بیش تر از کلکتورهای معمولی می باشد.تكنولوژي كلكتورهاي خورشيدي مشبک بسيار ساده ميباشد. يك دیواره فلزي مشبك در سمت جنوبي و به فاصله 15سانتی متر از ديواره ساختمان قرار میگیرد (شكل 1-1). اين ديواره، انرژي حاصل از تابش را به گرما تبديل ميكند. فنها در بالاي ديوار نصب ميشوند و هوای بيرون را از ميان سوراخها به درون ميمكند. شکل(1-1) : شکل شماتیک کلکتوربدون شیشه با صفحات مشبک كلكتورهاي بدون شيشه با صفحات مشبك (UTC)[1] تكنولوژي نسبتاً جديدي در کاربردهای انرژي خورشيدي ميباشند. از اين كلكتورها در ساختمانهاي بسياري ازکشورها مثل كانادا،کشورهای اروپایی و آمريكا استفاده ميشود. علاوه بر بحث تهويه مطبوع از آنها ميتوان براي خشك كردن سبزيجات و ميوهجات نيز استفاده كرد. بايد توجه داشت كه ميزان دماي هواي گرم توليد شده وابسته به پارامتر هاي مختلفي است و مي توان با تغيير اين پارامترها ميزان دماي هواي توليدي را كنترل كرد.نحوه جريان سيال و انتقال حرارت روي صفحات مشبك بدين صورت است كه وقتي سيال از طريق صفحه سوراخدار مكيده مي شود، درجه تخلخل صفحه، هندسه شيارها وقدرت مكش همگي بروي جريان سيال اثر مي گذارند. اگر يكي از اين دو محيط (سيال يا ديواره) دماي بالاتري داشته باشند انتقال حرارت در جهت كاهش اختلاف دما اتفاق مي افتد. به جهت اینکه در واقعیت، وزش باد در جهات مختلف اتفاق می افتد صفحات شیاردار نسبت به صفحاتی که دارای سوراخهای دایره ای هستند، بازده بیشتری دارند بنابراین در این تحقیق از صفحات با شیارهای عمود بر هم استفاده شده است.