شبیه سازی عددی نیروگاه دودکش خورشیدی با نرم افزار اپن فوم و بررسی کارکرد نیروگاه در ماه های مختلف سال در مشهد

بهروز ادیبی منش

چکیده

نیروگاه دودکش خورشیدی از ابزاری است که می توان انرژی خورشیدی را به طور غیرمستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل نمود. بر اثر تابش خورشید، دمای هوا در داخل کلکتور افزایش یافته و بر اثر نیروی شناوری در داخل دودکش به سمت بالا حرکت می کند. با جایگذاری توربین در مسیر حرکت جریان هوا، می توان انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل نمود. در این پایان نامه، نیروگاه دودکش خورشیدی با ابعاد نمونه ساخته شده در اسپانیا، با استفاده از نرم افزار اپن فم شبیه سازی می گردد. با استفاده از فرض بوزینسک، معادلات پیوستگی، ناویر استوکس و انرژی حل شده و برای اعمال اثر آشفتگی جریان از مدل k-? استفاده می-شود. افت فشار توربین با اعمال شرط فن معکوس مدل می گردد. اعتبار سنجی حل با مقایسه با نتایج آزمایشگاهی نمونه اسپانیا و نتایج عددی پیشین مورد تایید قرار می گیرد. با استفاده از داده های آب و هواشناسی اندازه گیری شده توسط سازمان آب و هواشناسی شهر مشهد، عملکرد نیروگاه در ماه های مختلف سال، برای شهر مشهد مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که با افزایش افت فشار توربین، انرژی هدر رفته از خروجی دودکش کاهش یافته در حالی که انرژی هدر رفته از سطح کلکتور و سطح زمین افزایش می یابد. با استفاده از برازش نتایج، رابطه توانی بین افزایش دمای هوا در کلکتور و سرعت هوا در خروجی دودکش، به ازای افت فشار های مختلف توربین به دست می آید. مقدار بهینه نسبت افت فشار توربین به اختلاف فشار کل، برای دستیابی به بالاترین میزان بازدهی در ماه های سال محاسبه می گردد که میانگین آن تقریباً برابر 87 /0 می باشد. بیشترین مقدار توان تولیدی برای شرایط آب و هوایی شهر مشهد در دودکش خورشیدی نمونه اسپانیا، در ماه جولای و برابر 5/14 کیلو وات است. بالاترین میزان بازدهی برای ماه جولای و برابر 4/0% به دست می آید.

اساتید راهنما و مشاور

محمدباقر آیانی