بررسی و مدلسازی عددی فرایندهای انتقال حرارت و جرم در چرخهای دسیکنت

دانشکده مهندسی گروه مکانیک پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد در گرایش تبدیل انرژی عنوان: بررسی و مدلسازی عددی فرایندهای انتقال حرارت و جرم در چرخ های دسیکنت اساتید راهنما: آقای دکتر قنبر علی شیخ زاده آقای دکتر مجید سبزپوشانی حمید رضا نورانی شهریور 87? تقدیم به: پدر و مادر مهربان? و همسر دلسوزم که نمونه صبر و فداکاری هستند. تشکر و قدردانی خداوند منان را شکر گزارم که لطف خود را شامل حال من کرد که بتوانم در راه کسب دانش قدم نهم. از اساتید بزرگوار جناب آقایان دکتر شیخ زاده و دکتر سبزپوشانی که به عنوان اساتید راهنما اینجانب را در انجام تحقیق، پژوهش و نگارش این پایان نامه یاری نمودند نهایت تشکر و سپاسگزاری را دارم. فهرست مطالب عنوان صفحه چکیده ج فهرست شکلها و نمودارها ز فهرست جدولها ض فهرست علائم و اختصارات ط فصل اول: مقدمــه 1-1 مقدمــه 2 1-2 انواع روشهای رطوبت زدایی 2 1-3 انواع سیستمهای دسیکنت 3 1-4 مزایای استفاده از سیستمهای دسیکنت 5 1-5 مروری بر مطالعات گذشته 6 1-6 اهداف پایان نامه 8 فصل دوم: چرخ دسیکنت و سیستمهای شامل آن 2-1 مقدمــه 11 2-2 چرخ دسیکنت 11 2-3 معرفی دسیکنتها 12 2-4 جذب کننده های مایع 13 2-5 جذب کننده های جامد 13 2-5-1سیلیکاژل 14 2-5-2 آلومین فعال شده 14 2-5-3 غربال مولکولی 15 2-5-4 کامپوزیتها 16 2-6 بررسی انواع سیستمهای دسیکنت جامد 16 2-6-1 سیستم دسیکنت معمولی 16 2-6-2 سیستم دسیکنت همراه با بازیابی گرما 17 2-6-3 سیستم دسیکنت انشعابی 17 2-6-4 سیستم دسیکنت ترکیبی 18 2-6-5 سیستم دسیکنت ترکیبی توسعه یافته 19 2-7 اصول سیکلهای متداول سرمایش 20 2-7-1سیکل تهویه 20 2-7-2 سیکل بازگشتی 22 2-8 سیکلهای سرمایش توسعه یافته 24 2-8-1 سیکل سرمایشی revers 24 2-8-2 سیکل سرمایشی dinc 25 2-8-3 سیکل سرمایشی sens 26 2-9 استفاده از انرژی خورشیدی 27 فصل سوم: معادلات حاکم 3-1 مقدمــه 30 3-2 مدلسازی ریاضی 30 3-3 معادلات حاکم 31 3-3-1 معادلات حاکم بر جریان هوای عبوری از کانال 32 3-3-1-1 معادله بقای انرژی 32 3-3-1-2 معادله بقای جرم 37 3-3-2 معادلات حاکم بر ماده دسیکنت 39 3-3-2-1 معادله بقای انرژی 39 3-3-2-2 معادله بقای جرم 41 3-3-3 معادله جذب ایزوترم 46 3-4 شکل بدون بعد معادلات حاکم 47 3-4-1 معادله بقای انرژی در هوا 47 3-4-2 معادله بقای جرم در هوا 48 3-4-3 معادله بقای انرژی در دسیکنت 48 3-4-4 معادله بقای جرم در دسیکنت (قانون فیک) 49 3-5 شرایط مرزی 50 3-5-1 شرایط مرزی برای هوا 50 3-5-2 شرایط مرزی برای ماده دسیکنت 50 فصل چهارم: تحلیل عددی 4-1 مقدمــه 53 4-2 منفصل کردن معادلات حاکم بر جریان هوای عبوری از کانال 54 4-2-1 معادله بقای انرژی در هوا 54 4-2-2 معادله بقای جرم در هوا 55 4-3 منفصل کردن معادلات حاکم بر دسیکنت 57 4-3-1 منفصل کردن معادله بقای انرژی در دسیکنت 57 4-3-2 معادله بقای جرم در دسیکنت (قانون فیک) 58 4-4 تحلیل پایداری پاسخ ها 60 4-5 الگوریتم حل معادلات 62 فصل پنجم: بررسی نتایج 5-1 مقدمــه 65 5-2 شرایط شرایط اولیه و مرزی 65 5-2-1 شرایط اولیه برای هوا 65 5-2-2 شرایط اولیه برای دسیکنت 65 5-2-3 شرایط مرزی برای هوا 66 5-2-4 شرایط مرزی برای ماده دسیکنت 66 5-3 مشخصات چرخ دسیکنت 67 5-4 شبکه بهینه 68 5-4-1 انتخاب شبکه بهینه در راستای محوری 69 5-4-2 انتخاب شبکه بهینه در راستای ضخامت 70 5-5 بررسی صحت نتایج 75 5-6 سرعت دورانی بهینه 79 5-6-1 اثر سرعت دورانی بر عملکرد چرخ دسیکنت 80 5-7 بررسی تغییرات دما و نسبت رطوبت جریان هوای عبوری 83 5-8 اثر عدد واحد انتقال بر عملکرد چرخ دسیکنت 86 5-9 اثر ضخامت دیواره 85 5-9-1 اثر ضخامت دیواره بر بازده رطوبت زدایی 87 5-9-2 اثر ضخامت دیواره بر سرعت دورانی بهینه 88 5-10 اثر سرعت هوای ورودی به کانال بر بازده رطوبت زدایی 89 5-11 اثر طول کانال بر بازده رطوبت زدایی 90 5-12 اثر زاویه قطاع فرایند جذب بر بازده رطوبت زدایی 91 5-13 تاثیر شرایط محیطی بر عملکرد چرخ دسیکنت 92 5-14 بررسی عملکرد چرخ دسیکنت در اقلیمهای مختلف آب و هوایی ایران 94 نتیجه گیری و پیشنهادات 97 مراجع 99 واژه نامه فارسی به انگلیسی 102 واژه نامه انگلیسی به فارسی 104 فهرست شکلها و نمودارها عنوان صفحه شکل1-1: سیستم دسیکنت جامد سرمایشی 4 شکل1-2: سیستم دسیکنت مایع 5 شکل2-1: طرحواره چرخ دسیکنت 12 شکل2-2: بلورهای سیلیکاژل 14 شکل2-3: بلورهای آلومین فعال شده 15 شکل2-4 بلورهای غربال مولکولی 15 شکل2-5 سیستم دسیکنت معمولی 16 شکل2-6 سیستم دسیکنت همراه با بازیابی 17 شکل2-7 سیستم دسیکنت انشعابی 18 شکل2-8 سیستم دسیکنت ترکیبی 18 شکل2-9 سیستم دسیکنت ترکیبی توسعه یافته 19 شکل2-10 نمونه دیگری از سیستم دسیکنت ترکیبی توسعه یافته 20 شکل2-11 سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت تهویه ای 21 شکل2-12 نمودار سایکرومتریک سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت تهویه ای 21 شکل2-13 سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت بازگشتی 22 شکل2-14 نمودار سایکرومتریک سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت بازگشتی 23 شکل2-15 سیکل سرمایشی revers 24 شکل2-16 سیکل سرمایشی dinc 26 شکل2-17 سیکل سرمایشی sens 26 شکل 3-1 نمای روبروی چرخ دسیکنت 31 شکل3-2 نمایی از یک کانال 32 شکل 4-1 شبکه منطبق بر کانال 53 شکل 5-1 طرحواره کانال سینوسی چرخ دسیکنت 67 شکل 5-2 کانال چرخ دسیکنت 69 شکل 5-3 تغییرات نسبت رطوبت دسیکنت بر حسب زمان در نقطه 3 ( به مختصات 99/0 و 5/0 ) با تعداد نقاط مختلف در راستای محوری 70 شکل 5-4 درصد بیشترین اختلاف نسبت رطوبت دسیکنت در نقطه انتهایی نسبت به ریزترین شبکه 71 شکل 5-5 تغییرات نسبت رطوبت هوا بر حسب زمان در نقطه انتهایی کانال با تعداد نقاط مختلف در راستای محوری 71 شکل 5-6 درصد بیشترین اختلاف نسبت رطوبت هوا در نقطه انتهایی نسبت به ریزترین شبکه 72 شکل 5-7 تغییرات نسبت رطوبت دسیکنت بر حسب زمان در نقطه 1 ( به مختصات 033/0 و 5/0 ) با تعداد نقاط مختلف در راستای ضخامت 73 شکل 5-8 تغییرات دمای دسیکنت بر حسب زمان در نقطه 1 ( به مختصات 033/0 و 5/0 ) با تعداد نقاط مختلف در راستای ضخامت 74 شکل 5-9 درصد بیشترین اختلاف نسبت رطوبت و دمای دسیکنت در نقطه 1 ( به مختصات 033/0 و 5/0 ) نسبت به ریزترین شبکه 74 شکل 5-10 مقایسه نتایج مدلسازی حاضر با مدلسازی مرجع ]21 [برای منحنی نسبت دمای دسیکنت در نقطه 1 (به مختصات 033/0 و 5/0 ) 76 شکل 5-11 مقایسه نتایج مدلسازی حاضر با مدلسازی مرجع ]21 [برای منحنی دمای دسیکنت در نقطه 2 (به مختصات 5/0 و 5/0 ) 76 شکل 5-12 مقایسه نتایج مدلسازی حاضر با مدلسازی مرجع ]21 [برای منحنی دمای دسیکنت در نقطه 3 (به مختصات 99/0 و 5/0 ) 77 شکل 5-13 مقایسه نتایج مدلسازی حاضر با مدلسازی مرجع ]21 [برای منحنی نسبت رطوبت دسیکنت در نقطه 1 (به مختصات 033/0 و 5/0 ) 78 شکل 5-14 مقایسه نتایج مدلسازی حاضر با مدلسازی مرجع ]21 [برای منحنی نسبت رطوبت دسیکنت در نقطه 2 (به مختصات 5/0 و 5/0 ) 78 شکل 5-15 مقایسه نتایج مدلسازی حاضر با مدلسازی مرجع ]21 [برای منحنی نسبت رطوبت دسیکنت در نقطه 3 (به مختصات 99/0 و 5/0 ) 79 شکل 5-16 تغییرات بازده رطوبت زدایی برحسب سرعت دورانی و مقایسه آن با نتایج مرجع [21] 81 شکل 5- 17 مقایسه نسبت رطوبت هوا خروجی برای سرعت دورانی های مختلف : الف : 3/0(دور بر دقیقه) 82 ادامه شکل 5- 17 مقایسه نسبت رطوبت هوای خروجی برای سرعت دورانی های مختلف : ب: 6/0(دور بر دقیقه)، ج: 1 (دور بر دقیقه) 83 شکل 5-18 نسبت رطوبت هوای خروجی برحسب تعداد سیکل در فرایند جذب برای سرعت دورانی بهینه 6/0 دور بر دقیقه 84 شکل 5-19 تغییرات دما برای جریان هوا در نقطه خروجی کانال برای فرایند جذب در سرعت دورانی بهینه 6/0 دور بر دقیقه در سیکلهای مختلف 84 شکل 5-20 تغییرات دما برای جریان هوا در سه نقطه مختلف در فرایند جذب با سرعت دورانی 6/. دور بر دقیقه در فرایند جذب رطوبت 85 شکل 5-21 تغییرات دما برای دسیکنت در سه نقطه مختلف در در فرایند جذب با سرعت دورانی 6/0 دور بر دقیقه در فرایند جذب رطوبت 86 شکل 5-22 اثر عدد واحد انتقال بر بازده رطوبت زدایی و مقایسه با نتایج مرجع [21] 87 شکل 5-23 اثر ضخامت بر بازده رطوبت زدایی و مقایسه با مدل مرجع[4] 88 شکل 5-24 مقایسه اثر ضخامت بر سرعت دورانی بهینه برای دو کانال با قطرهای متفاوت 89 شکل 5-25 اثر سرعت هوای ورودی به کانال بر بازده رطوبت زدایی در سرعت دورانی 6/0 دور بر دقیقه و ضخامت mm 2/0 90 شکل 5-26 اثر تغییرات طول کانال بر بازده رطوبت زدایی در سرعت دورانی 6/0 دور بر دقیقه و ضخامت mm2/0 91 شکل 5-27 اثر زاویه قطاع فرایند جذب بر بازده رطوبت زدایی با سرعت دورانی 6/0 دور بر دقیقه و ضخامتmm 2/0 در سه دمای احیا مختلف 92 شکل 5-28 اثر شرایط محیطی بر بازده رطوبت زدایی چرخ دسیکنت در سرعت دورانی 6/0 دور بر دقیقه 93 شکل 5-29 مقایسه سرعت دورانی بهینه چرخ دسیکنت در برخی شهرهای ایران 96 شکل 5-30 مقایسه بازده رطوبت زدایی چرخ دسیکنت در برخی شهرهای ایران در سرعت دورانی بهینه آنها 96 فهرست علائم و اختصارات شعاع منفذ سطح انتقال عدد بایوت عدد ثابت در منحنی جذب ظرفیت حرارتی و?ژه در فشار ثابت قطر هیدرولیکی یک کانال ضریب دیفیوژن نادسن و معمولی ضریب دیفیوژن سطح نسبت دسیکنت در ماده چرخ ضریب انتقال حرارت جابجایی ضریب انتقال جابجایی جرم آنتالپی ویژه ضریب انتقال حرارت رسانشی طول یک کانال عدد لوئیس وزن مولکولی جرم چرخ دبی جریان هوا سرعت دورانی عدد واحد انتقال محیط فشار گرمای جذب دما زمان حجم محتوای آب در ماده دسیکنت بیشترین آب موجود در ماده دسیکنت جهات مختصات علائم یونانی : زاویه دمای بدون بعد بازده ضریب فضای تخلخل رطوبت نسبی نصف ضخامت کانال محتوای رطوبت (کیلوگرم رطوبت به کیلوگرم هوای خشک) چگالی فاکتور انحنا زمان بدون بعد ضریب مقاومت بالانویس ها : * شکل بدون بعد متغیرها پانویس ها : هوا سرمایش? فرایند رطوبت زدایی دسیکنت? رطوبت زدایی جریان هوا ( هوای خشک و بخار آب) گرمایش هوای احیا برای فرایند رطوبت زدایی ورودی رطوبت خروجی بهینه سطح? محسوس آب جهت محوری جهت شعاعی فهرست جدولها عنوان صفحه جدول 4-1 بررسی پایداری معادلات با تغییر در گام زمانی 61 جدول5-1 مشخصات چرخ دسیکنت 68 جدول 5-2 مختصات نقاط ابتدایی، میانی و انتهایی 69 جدول5-3 عملکرد چرخ دسیکنت در اقلیمهای مختلف ایران 95 چکیده در این تحقیق به معرفی انواع سیستمهای دسیکنت و مقایسه آنها پرداخته شده است. سپس مدلسازی ریاضی و شبیه سازی عددی دو بعدی چرخ دسیکنت انجام شده است. در مدل مورد مطالعه، پخش حرارت و رطوبت در دو جهت محوری و ضخامت دیواره دسیکنت در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم شامل معادلات بقای جرم و انرژی می باشند که برای جریان هوای عبوری و ماده دسیکنت نوشته شده و به روش تفاضل محدود صریح منفصل شده اند. همچنین در این تحقیق برخی عوامل موثر بر بازده رطوبت زدایی مورد بررسی قرار گرفته است. این عوامل شامل سرعت دورانی چرخ دسیکنت، عدد واحد انتقال، ضخامت دیواره دسیکنت، سرعت هوای ورودی به کانال، طول کانال، زاویه قطاع فرایند جذب، دمای احیا و شرایط محیطی می باشند. نتایج بررسی نشان داد که چرخ دسیکنت مورد مطالعه، در سرعت دورانی 6/0دور بر دقیقه دارای بالاترین بازده رطوبت زدایی می باشد. همچنین در سرعت دورانی بهینه، هنگامی که ضخامت دیواره دسیکنت بیشتر از 2 شود، افزایش ضخامت بر بازده رطوبت زدایی تاثیر کمتری دارد. تاثیر زاویه قطاع فرایند جذب روی بازده رطوبت زدایی نشان داد، در سرعت دورانی بهینه، چرخ با زاویه قطاع 108 درجه، بالاترین بازده رطوبت زدایی را دارد. عملکرد چرخ دسیکنت در اقلیمهای مختلف آب و هوایی ایران برای رسیدن به یک شرایط خاص (رطوبت نسبی 20 %) نیز مورد مطالعه قرار گرفته که نشان میدهد چرخ دسیکنت در اقلیم معتدل و مرطوب دارای بالاترین بازده رطوبت زدایی و در اقلیم گرم و خشک دارای کمترین بازده است. فصل اول مقدمـــه 1-1 مقدمــه امروزه با توجه به رشد روز افزون جمعیت در جهان و تقاضا برای سیستمهای تهویه مطبوع بهینه، توجه مهندسان و طراحان سیستمهای تهویه به استفاده از سیستمهای رطوبت زدا معطوف شده است. از اهداف اصلی ساخت و بکارگیری این سیستمها، دستیابی به کنترل دقیقتر رطوبت، دما، جلوگیری از مصرف بیهوده انرژی و بازیابی انرژی تلف شده می باشد. سیستمهای دسیکنت (رطوبت زدای جذبی) می توانند رطوبت هوا را تا دمای نقطه شبنم پایین تر از حد معمول کاهش دهند، در حالیکه سیستمهای رطوبت زدای مبتنی بر سیکل تبرید تراکمی و یا سیکل هوای فشرده قادر نیستند رطوبت هوا را تا این حد کاهش دهند. بنابراین در مناطقی که دارای رطوبت بالا هستند استفاده از سیستمهای رطوبت زدای جذبی بسیار موثر است. با توجه به اینکه در این سیستمها ادوات مختصر و موثری را می توان بکار برد، هزینه های عملیاتی و تجهیزاتی کاهش می یابد. نکته دارای حائز اهمیت در این سیستمها طراحی و بهینه سازی آنها است. با بکارگیری روابط حاکم پدیده شامل روابط بین انتقال جرم، انرژی و مومنتم بین جریان هوا و ماده جاذب در هر دو فرایند جذب و احیا، می توان مشخصه های سیستم را بررسی و پارامترهای طراحی را به شکل بهینه انتخاب نمود. 1-2 انواع روشهای رطوبت زدایی در سرمایش تبخیری، هدف کاهش دمای خشک محیط می باشد. برای این منظور می بایست رطوبت موجود در هوا را کاهش داد. برای رطوبت زدایی سه روش عمده وجود دارد: 1-سرد کردن هوا تا زیر دمای نقطه شبنم: با کاهش دمای هوا تا زیر دمای نقطه شبنم، رطوبت موجود در آن تقطیر می شود. 2-فشرده کردن هوا: با افزایش فشار هوا، ظرفیت هوا برای نگه داشتن رطوبت کاهش می یابد. 3-استفاده از مواد شیمیایی جاذب رطوبت: مواد شیمیایی جاذب رطوبت بصورت جامد یا مایع می باشند. این جاذبها تمایل به جذب مولکولهای آب دارند. آنها بخار آب را به صورت سطحی یا حجمی جذب می کنند. دو روش اول معمولا مصرف انرژی بالایی دارند و برای مصارف تهویه مطبوع هزینه بالایی دارند. اما روش سوم در مقایسه با دو روش اول دارای هزینه های کمتری است. از طرفی سیستمهای دسیکنت توانایی کنترل مجزای بار گرمایی محسوس و نهان را نیز دارند. این سیستمها می توانند انرژی حرارتی مورد نیاز خود را از انرژی خورشیدی و یا انرژیهای اتلافی تامین کنند. روش سوم برای مصارف تهویه مطبوع مناسب می باشد. در ادامه به بررسی انواع سیستمهای دسیکنت پرداخته شده است. 1-3 انواع سیستمهای دسیکنت سیستمهای دسیکنت به دو صورت سیستمهای دسیکنت جامد و یا سیستمهای دسیکنت مایع می باشند. بطور کلی دسیکنتها (به شکل جامد یا مایع) رطوبت را از هوا می گیرند و گرمای نهان را آزاد می کنند. در نتیجه هوا را گرم می کنند. در واقع این سیستمها گرمای نهان را به گرمای محسوس تبدیل می کنند. در سیستمهای دسیکنت جامد معمولا یک چرخ دوار رطوبت زدا وجود دارد. هوا در اثر تماس با چرخ دوار بصورت خشک و گرم از آن خارج می گردد. با توجه به بالا بودن دمای هوای خروجی از چرخ در صورت نیاز لازمست هوا خنک شود که برای این کار می توان از یک سیستم خنک کننده تبخیری مستقیم با کویل خنک کن استفاده نمود. در شکل (1-1) سیستم دسیکنت جامد سرمایشی نشان داده شده است. شکل1-1 سیستم دسیکنت جامد سرمایشی سیستمهای دسیکنت مایع (شکل1-2) دارای دو محفظه می باشند. در محفظه اول عمل رطوبت زدایی از هوا و در محفظه دیگر عمل احیا مایع دسیکنت انجام می شود. پس از اینکه رطوبت هوا توسط دسیکنت مایع گرفته شد از محفظه اول وارد فضای مورد نظر می شود. دسیکنت که حاوی رطوبت جذب شده است (اشباع) از محفظه رطوبت زدایی خارج شده سپس وارد یک مبدل حرارتی می شود. در آنجا در اثر افزودن حرارت، رطوبتش را از دست داده و دوباره احیا می شود. دسیکنت مایع در مواقعی که عملیات رطوبت زدایی نیاز باشد دائما بین دو محفظه پمپ می شود. شکل1-2 سیستم دسیکنت مایع 1-4 مزایای استفاده از سیستمهای دسیکنت برخی از مزایای استفاده از سیستمهای دسیکنت عبارتست از: 1- کنترل رطوبت موجود در ساختمان بصورت کاملا مستقل از دمای آن. 2- قابلیت دستیابی به نقطه شبنم پایین تر از حد معمولی که با دیگر سیستمهای تهویه مطبوع قابل دسترسی نیستند. 3- فراهم آوردن شرایط مطلوب تنفسی و آسایشی در اقلیم سرد و مرطوب و اقلیم گرم و مرطوب. 4- مصرف بسیار پایین انرژی الکتریکی. 5- هزینه عملکرد کمتر نسبت به دیگر سیستمها. 6- قابلیت استفاده از انرژی حرارتی ارزان قیمت برای کنترل همزمان رطوبت و دما. 7- دستیابی به کانالهای هدایت جریان هوای عاری از رطوبت به منظور جلوگیری از رشد باکتری و جانوران ذره بینی مضر سلامتی انسان (کاربرد بیمارستانی). 8- عدم استفاده از مواد و ترکیبات شیمیایی همچون گاز فرئون و یا مواد دیگر بکار رفته در صنعت تهویه مطبوع که به محیط زیست آسیب می رسانند. 1-5 مروری بر مطالعات گذشته مطالعات صورت گرفته روی سیستمهای دسیکنت بسیار گسترده است. این مطالعات در زمینه های متفاوتی ازجمله مدلسازی ریاضی از نظر انتقال حرارت و جرم، اثر ضخامت دیواره بر میزان رطوبت زدایی چرخ دسیکنت، استفاده از منابع جدید انرژی و مقرون به صرفه در تامین گرمای احیا دسیکنت، استفاده از مواد جاذب جدید در زمینه کاهش دمای احیا و بهبود عملکرد چرخ صورت گرفته است. کانگ و مکلاین- کراس نشان دادند که جاذب رطوبت در سیستمهای دسیکنت سرمایشی یکی از مهمترین عوامل موثر برضریب عملکرد می باشد که باید به درستی انتخاب شود[1] . کاوشیک و یاداو با مطالعه دسیکنتهای ترکیبی نشان دادند که این سیستمها در مقایسه با سیستم تراکمی بخار در حدود 25 درصد مصرف انرژی را کاهش می دهند [2]. دای و همکارانش مقایسه ای بین سیستمهای تبرید ترکمی و تبرید تراکمی به همراه دسیکنت و سرمایش تبخیری انجام دادند[3]. مطالعات آنها نشان داد که در صورت استفاده از سیستم تبرید تراکمی به همراه دسیکنت و سرمایش تبخیری، ضریب عملکرد در حدود 20 تا 30 درصد افزایش می یابد. نیو و ژانگ با ارائه مدل ریاضی انتقال حرارت و جرم دوبعدی برای چرخ دسیکنت به بررسی اثر ضخامت دیواره چرخ دسیکنت بر سرعت دورانی بهینه، انتقال حرارت و رطوبت در آن پرداختند[4]. مطالعات آنها نشان می دهد که سرعت بهینه چرخش دسیکنت به ضخامت دیواره وابسته است. ژانگ و همکارانش انتقال حرارت و جرم را در سیکل زمانی 512 ثانیه ای (در 128 ثانیه اول فرایند احیا در چرخ دسیکنت صورت می گیرد) مورد بررسی قرار دادند[5]. بررسیهای آنها نشان داد که در ابتدای فرایند رطوبت زدایی از هوا، بدلیل بالا بودن دمای سطح دسیکنت، هوا مقداری از رطوبت را جذب می کند. ژیمینگ و همکارانش به مطالعه پارامتری شکل المانهای دسیکنت پرداختند [6]. آنها نشان دادند شکل مقطع المانهای چرخ دسیکنت تا 20 درصد در ظرفیت رطوبت زدایی اثر دارد‍. نتایج آنها دلالت بر آن دارد که شکل المانهای سینوسی بیشترین میزان ظرفیت رطوبت زدایی را دارد و پس از آن المانهای مثلثی و شش ضلعی دارای ظرفیت رطوبت زدایی بالایی هستند. کامارگو و همکارانش نشان دادند که با افزایش نسبت هوای احیا به هوای برگشتی، رطوبت هوای خروجی از چرخ دسیکنت کاهش می یابد در حالی که دمای هوای خروجی از آن افزایش می یابد[7]‍. همچنین افزایش دمای احیا باعث کاهش نسبت رطوبت هوای خروجی از دسیکنت می شود. پاسن و همکارانش به مدلسازی یک بعدی چرخ دسیکنت پرداختند و برای حل معادلات از نرم افزار استفاده کردند [8]. آنها پارامترهای خروجی مختلف را با 2 درصد اختلاف نسبت به داده های آزمایشگاهی بدست آوردند. همچنین اثر عوامل مختلف بر بازده رطوبت زدایی چرخ دسیکنت را در شرایط مختلف مورد بررسی قرار دادند. پهلوانزاده و زمزمیان ، به مدلسازی دو بعدی چرخ دسیکنت پرداخته و به بررسی اثر سرعت هوای ورودی و ضریب تصحیح آکرمن پرداختند[9]. بررسیهای آنها نشان داد که سرعتهای هوای ورودی بین 1 تا 10 متر بر ثانیه، تاثیر بسزایی روی نسبت رطوبت هوای خروجی دارد. همچنین تاثیر ضریب تصحیح آکرمن برای انتقال حرارت، در حدود 4 درصد می باشد. وانگ و همکارنش بررسیهایی را در زمینه دسیکنتهای کامپوزیتی انجام دادند و آن را با دسیکنتهای معمول (سیلیکاژل) مقایسه نمودند [10]. بررسیهای آنها نشان داد که میزان رطوبت زدایی دسیکنتهای کامپوزیتی نسبت به دسیکنتهای سیلیکاژلی به ازای دماهای ورودی یکسان، تقریبا دو برابر می باشد‍. دلفانی و همکارانش، سیکل سرمایشی دسیکنت را مدلسازی کردند [11]. آنها امکان سنجی استفاده از این سیکل را در برخی از شهرهای ایران مورد بررسی قرار دارند. مطالعات آنها نشان داد که سیکل سرمایشی دسیکنت در بسیاری از مناطق ایران با هدف دستیابی به آسایش حرارتی، می تواند مورد استفاده قرار گیرد. 1-6 اهداف پایان نامه هدف این تحقیق آشنایی اولیه با انواع سیستمهای شامل چرخ دسیکنت و نیز تحلیل رفتار چرخ دسیکنت در شرایط مختلف است. برای تحلیل رفتار چرخ دسیکنت، مدلسازی ریاضی و شبیه سازی عددی دوبعدی انجام می شود. لازمه تحقق این هدف شناخت کامل اجزاء سیستم و بررسی چگونگی انتقال جرم و حرارت در چرخ دسیکنت می باشد. با استفاده از شبیه سازی عددی معادلات حاکم، موارد زیر مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرند. 1- یافتن سرعت دورانی بهینه چرخ. 2- اثر ضخامت دیواره بر عملکرد چرخ دسیکنت. 3- اثر سرعت هوای ورودی بر بازده رطوبت زدایی. 4- یافتن طول بهینه کانال. 5- اثر زاویه قطاع فرایند جذب، بر بازده رطوبت زدایی. 6- تاثیر دمای احیا بر عملکرد چرخ دسیکنت. 7- اثر شرایط محیطی بر بازده رطوبت زدایی چرخ دسیکنت. 8- عملکرد چرخ دسیکنت در اقلیمهای مختلف آب و هوایی ایران. در فصل بعد به معرفی چرخ دسیکنت پرداخته شده است. فصل دوم چرخ دسیکنت و سیستمهای شامل آن 2-1 مقدمــه با توجه به اهمیت شناخت کامل سیستم دسیکنت، در این فصل به بررسی چرخ دسیکنت، انواع جذب کننده های جامد و مایع و انواع سیستمهای دسیکنت جامد پرداخته شده است. 2-2 چرخ دسیکنت چرخ دسیکنت از مواد ریز جاذب که معمولا سیلیکاژل ، اکسید کلسیم، سولفات کلسیم، سیلیکاتهای تیتانیوم و یا برخی از زئولیت ها (یک ماده معدنی شامل سیلیکاتهای آبدار) می باشد، ساخته شده است. مواد خشک کننده در یک سازه نگهدارنده فیبری که شبیه مقوای چین دار و خمیده است، انباشته می شود و شکل آن شبیه به یک چرخ و یا یک روتور چرخ مانند با سازه سبک وزن با هسته مشبک یا لانه زنبوری و مواد دیر سوز می باشد [12]‍. شکل (2-1) طرحواره چرخ دسیکنت را نشان می دهد. چرخ دسیکنت به آرامی می چرخد و در حین چرخش دو فرآیند رطوبت زدایی و احیا در آن صورت می گیرد. چرخ در فرآیند جذب، رطوبت موجود در هوا را براساس اختلاف فشار جزئی بخار بین سطح دسیکنت و هوا جذب می کند. هنگامی که فشار جزیی بخار سطح دسیکنت پایین تر از فشار جزئی بخار هوای عبوری از آن باشد، تا هنگام برقراری تعادل فشار، رطوبت موجود در هوا توسط دسیکنت جذب می شود. دسیکنت پس از جذب رطوبت اشباع می شود و دیگر قادر به رطوبت زدایی از هوا نخواهد بود. شکل2-1 طرحواره چرخ دسیکنت در فرآیند احیا قسمتی از چرخ که به حالت اشباع رسیده در معرض هوایی با دمای بالاتر قرار می گیرد. هوا با دمای بالاتر، دارای فشار جزیی بخار پایین تری نسبت به فشار جزیی بخار سطح دسیکنت است. این اختلاف فشار سبب می شود تا انتقال رطوبت از مواد جاذب اشباع به هوای گرم صورت گرفته و در نهایت دسیکنت احیا شود. 2-3 معرفی دسیکنتها همانطور که درفصل قبل بیان شد دسیکنتها زیر مجموعه ای از جذب کننده ها هستند که تمایل به جذب مولکولهای آب دارند. آنها بخار آب را به صورت سطحی یا حجمی جذب می کنند. در هر دو حالت، رطوبت را در دماهای معمول جذب و در خود حفظ می کنند. دسیکنتها هنگامی که گرم می شوند رطوبت را به صورت بخار آب آزاد می کنند. با این تعریف می توان تقریبا تمام مواد را جزء دسیکنتها دانست، زیرا بخار آب را جذب می کنند. ولی از آنجایی که ظرفیت لازم برای جذب بخار آب در مقیاسهای مورد نیاز را ندارند به عنوان دسیکنت شناخته نمی شوند. بعنوان مثال تارهای الیاف قالی می تواند تا 23% (بر اساس جرم خشک) رطوبت را جذب کند، در حالی که یک ماده دسیکنت بسته به نوع و میزان رطوبت موجود در محیط می تواند تا بیش از ده برابر جرم خشک خود بخار آب را جذب نماید [13]. مواد جاذب رطوبت سطحی به آن دسته از مواد جاذب رطوبت اطلاق می شود که معمولا جامد هستند و در فرایند رطوبت زدایی طبیعت فیزیکی و شیمیایی آنها تغییر نمی کند. این مواد رطوبت را از روی سطح خود جذب می کنند و اصطلاحا جذب رطوبت توسط این مواد را جذب سطحی فیزیکی می نامند. مواد جاذب رطوبت حجمی به مواد جاذب رطوبتی که بیشتر به صورت مایع هستند و تغییر در آنها در حین فرایند جذب صورت می گیرد، اطلاق می شود. در این تحقیق مواد جاذب رطوبت سطحی مورد بررسی قرار می گیرند. 2-4 جذب کننده های مایع همانطور که در معرفی دسیکنتها بیان شد این جاذبهای رطوبت از نوع حجمی هستند. کلرید لیتیم، کلرید کلسیم و تری اتیلن گلیکول از انواع جاذبهای مایع می باشند. این مواد در ابتدا به صورت پودر یا جامدهای نرم هستند که آب مستقیما در آنها تقطیر می شود. این افزایش رطوبت تا زمانی ادامه می یابد که این مواد در آب جذب شده حل شوند. برای خشک کردن این مواد محلولهای غلیظ را در هوا اسپری می کنند. در این حالت رطوبت جذب شده محلول را رقیق می کند و در ادامه با گرم کردن، این رطوبت به کلی خارج شده و در نهایت با خنک کردن قابلیت جذب ماده احیا بالا می رود. 2-5 جذب کننده های جامد همانطور که قبلا بیان شد این جاذبهای رطوبت از نوع سطحی هستند. سیلیکاژل، آلومین فعال شده، غربال مولکولی و کامپوزیتها از انواع جاذبهای جامد می باشند. میزان جذب رطوبت توسط این مواد متفاوت می باشد و به شرایط کارکرد و خواص هر یک از این جاذبها بستگی دارد [14]. در ادامه به توضیح مختصری در مورد برخی از جاذبهای جامد پرداخته شده است. 2-5-1 سیلیکاژل سیلیکاژل یک ماده معدنی است که به شکل خالص متبلور شده است. به عنوان یک خشک کننده دارای منافذی با اندازه متوسط 24 می باشد. این ماده تا دماهای بالاتر از 105 نیز خاصیت رطوبت زدایی دارد. شکل (2-2) بلورهای سیلیکاژل را نشان می دهد. شکل 2-2 بلورهای سیلیکاژل بهترین محدوده دمایی که می توان از این جاذب استفاده نمود در دماهای بین 21 تا 32درجه سانتیگراد می باشد. همچنین استفاده از این جاذب در رطوبتهای نسبی بالا (بین60 تا90 درصد) مناسب می باشد. 2-5-2 آلومین فعال شده این جاذب متخلخل از نظر عملکرد بسیار به سیلیکاژل شباهت دارد ولی در دماهای پایین نسبت به سیلیکاژل ظرفیت رطوبت گیری کمتری دارد. آلومین فعال شده علاوه بر اینکه برای خشک کردن هوا استفاده می شود برای خشک کردن اکثر گازها با رطوبت نسبی بالا هم استفاده می شود. در شکل (2-3)، بلورهای آلومین فعال شده نمایش داده شده است. شکل 2-3 بلورهای آلومین فعال شده 2-5-3 غربال مولکولی این جاذب برای رطوبت نسبی های پایین (بین 30 تا 35 درصد) موثر می باشد. دمای احیا برای این مواد بین 96 تا 157 درجه سانتیگراد می باشد. علاوه بر این، غربال مولکولی قادر است به پایین ترین دمای نقطه شبنم ( 85-) برسد [15]. شکل (2-4) نمونه ای از این جاذب را نشان می دهد. شکل 2-4 بلورهای غربال مولکول 2-5-4 کامپوزیتها این نوع جاذبها موادی هستند که دارای دو لایه می باشند، یک زمینه اصلی مشبک از جنس سیلیکاژل و یک ماده رطوبت گیر دیگر (کلرید لیتیم) که منافذ آن را پوشانده است. بخاطر ساختار فیزیکی این نوع مواد، می توان آنها را حد وسط بین خشک کننده های جامد و یک نمک خالص رطوبت گیر در نظر گرفت. 2-6 بررسی انواع سیستمهای دسیکنت جامد با توجه به نیازهای طرح، سیستمهای دسیکنت جامد مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند. در این بخش به بررسی انواع سیستمهای دسیکنت جامد پرداخته می شود. 2-6-1 سیستم دسیکنت معمولی طرحواره سیستم دسیکنت معمولی در شکل (2-5) نشان داده شده است. در این سیستم، هوای بیرون توسط فن به داخل بخشی از چرخ دسیکنت هدایت می شود. پس از جذب رطوبت هوا توسط جاذب، هوای خشک از آن خارج می گردد. با گردش چرخ، قسمتی از آن که دارای مواد جاذب مرطوب می باشد روبروی کانال هوای داغ قرار می گیرد. سپس با عبور جریان هوای داغ از داخل آن، رطوبت مواد جاذب توسط هوا جذب شده و هوای مرطوب خارج می گردد. شکل2-5 سیستم دسیکنت معمولی 2-6-2 سیستم دسیکنت همراه با بازیابی گرما در این سیستم گرمای محسوس ذخیره شده در چرخ، طی مرحله احیا بعنوان پیش گرم کن مرحله احیا استفاده می شود. همانطور که در شکل (2-6) مشاهده می شود هوای احیا قبل از عبور از هیتر، از بخشی از چرخ که مرحله احیا را پشت سر گذاشته عبور می کند و در این بخش گرمای چرخ را جذب و پیش گرم می شود. در نتیجه گرمای کمتری برای رسیدن به دمای احیای نهایی توسط هیتر مورد نیاز خواهد بود. همچنین در این سیستم هوای خشک خروجی (هوای فرایند)، نسبت به سیستم دسیکنت معمولی خشک تر و خنک تر خواهد بود. شکل2-6 سیستم دسیکنت همراه با بازیابی گرما 3-6-3 سیستم دسیکنت انشعابی این سیستم نیز دارای مکانیزم بازیابی حرارت است و از یک فن برای هوای خشک و مرطوب استفاده شده است. این سیستم در شکل (2-7) نشان داده شده است. علاوه بر خصوصیات سیستم قبلی، بکارگیری یک فن برای دو جریان از خصوصیات بارز این سیستم می باشد. شکل2- 7 سیستم دسیکنت انشعابی 2-6-4 سیستم دسیکنت ترکیبی از این سیستم در مواردی می توان بهره برد که نمی توان هوای مرطوب تولید شده در مرحله احیا را به فضای بیرون منتقل کرد. شکل (2-8) سیستم دسیکنت ترکیبی را نشان می دهد. شکل2-8 سیستم دسیکنت ترکیبی در این سیستم یک پمپ حرارتی وجود دارد که با سیستم ساده ترکیب شده است. در واقع هوای داخل با عبور از کندانسور گرم می شود و به عنوان هوای بازیاب از بخش احیا عبور می کند. سپس با عبور از اواپراتور تا زیر نقطه شبنم سرد می شود و تا حدودی رطوبتش کم می گردد. در نهایت با عبور از چرخ دسیکنت رطوبتش به حداقل می رسد. 2-6-5 سیستم دسیکنت ترکیبی توسعه یافته در این سیستم هوای مرطوب خروجی به خارج از ساختمان فرستاده می شود. هوایی که قرار است تا حد مطلوب خشک شود، در ابتدا از کندانسور عبور می کند. در این مرحله تا حدودی رطوبتش را از دست داده و در نهایت از دسیکنت عبور می کند. این سیستم را از جهت توسعه یافته بودن از لحاظ صرفه جویی بیشتر در مصرف انرژی نسبت به سیستم ترکیبی، بصورت سیستم رطوبت زدایی ترکیبی توسعه یافته نامگذاری کرده اند. در شکل (2-9) سیستم دسیکنت ترکیبی توسعه یافته نشان داده شده است. شکل2-9 سیستم دسیکنت ترکیبی توسعه یافته از جمله سیستمهای دسیکنت ترکیبی توسعه یافته، شکل (2-10) می باشد. این سیستم برای مواردی مناسب است که نمی توان هوای مرطوب حاصل از فرایند احیا را به فضای بیرون ساختمان منتقل کرد. هوای خشک ساختمان از دو منبع فراهم می شود: 1- هوای خشک شده توسط دسیکنت 2- هوایی عبوری از کندانسور. در واقع بخشی از هوای عبوری از کندانسور، توسط فن برای هوای داخل و بخشی برای فرایند احیا استفاده می شود. شکل2-10 نمونه دیگری از سیستم دسیکنت ترکیبی توسعه یافته 2-7 اصول سیکلهای متداول سرمایش معمولا سیستمهای دسیکنت سرمایشی به دو صورت متداول هستند. 1- سیکل تهویه 2- سیکل بازگشتی هوای فرایند و احیا را می توان از دو منبع تهیه نمود: هوای خارج و یا هوای برگشتی برای احیا و هوای خارج و یا هوای برگشتی برای فرایند. در این بخش سعی بر آن است که برای وضعیتهای مختلف بررسی ترمودینامیکی نیز انجام پذیرد. 2-7-1 سیکل تهویه در این سیکل هوای خارج منبع هوای فرایند بوده و هوای برگشتی برای احیا مورد استفاده قرار می گیرد (شکل2-11). بطور کلی سیکلهای سرمایشی دسیکنت از دو بخش رطوبت گیری و احیا تشکیل شده است. در شکل (2-12) نمودار سایکرومتریک سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت تهویه نشان داده شده است. در این سیکل هوای فرایند در دمای هوای بیرون (نقطه 1) وارد چرخ دسیکنت می شود و در نتیجه دمای آن افزایش و رطوبتش کاهش می یابد. این هوا از یک مبدل حرارتی عبور می کند و با ثابت ماندن میزان رطوبت، دمایش کاهش می یابد (نقطه 3). شکل2-11 سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت تهویه ای هوا در نقطه 3 دارای دمای پایین تری نسبت به هوای خارج است. با انجام فرایند سرمایش تبخیری روی این هوا دمای آن تا نقطه 4 (دمای هوای ورودی به ساختمان) کاهش می یابد. شکل2-12 نمودار سایکرومتریک سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت تهویه ای هنگامی که هوا وارد ساختمان می شود دمایش تا نقطه 5 افزایش می یابد. برای تامین هوای احیای چرخ دسیکنت نیز از هوای برگشتی از ساختمان استفاده می شود. این هوا در ابتدا با رطوبت زنی دمایش کاهش می یابد تا در مبدل حرارتی برای پیش سرد کردن هوای خروجی از چرخ دسیکنت استفاده شود. هوای خروجی از مبدل حرارتی (نقطه 7) با عبور از هیتر تا رسیدن به دمای احیای چرخ دسیکنت گرمادهی می شود (نقطه 8). مشاهده می شود که اگر هیتر در این سیستم لحاظ نمی شد، دما تا نقطه 7 افزایش می یافت که این دما مناسب برای خشک کردن دسیکنت نمی باشد. با عبور هوای احیا از چرخ دسیکنت، رطوبت چرخ جذب شده و هوا مرطوب می گردد. هوای مرطوب پس از خروج از چرخ به محیط خارج تخلیه می گردد. 2-7-2 سیکل بازگشتی در این سیکل هوای بازگشتی از فضای مورد تهویه، منبع هوای فرایند می باشد و هوای خارج برای احیا مورد استفاده قرار می گیرد. شکل (2-13) طرحواره سیکل دسیکنت در حالت بازگشتی را نمایش می دهد. شکل2-13 سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت بازگشتی در سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت بازگشتی، جریان هوای احیا از هوای محیط تامین می شود و هوای خروجی از ساختمان در یک سیکل بسته برای رطوبت گیری به چرخ دسیکنت (نقطه 1) بازگردانده می شود. در شکل (2-14) نمودار سایکرومتریک فرایندهای سرمایشی جاذب رطوبت در حالت بازگشتی نشان داده شده است. رطوبت هوای برگشتی از ساختمان با عبور از چرخ دسیکنت کاهش یافته و دمای آن افزایش می یابد (نقطه 2). دمای این نقطه با عبور از مبدل حرارتی بدون اینکه رطوبتی به آن اضافه شود، کاهش می یابد (نقطه 3). بعد از این مرحله طی یک فرایند سرمایش تبخیری مستقیم، دمای آن تا نقطه 4 (دمای ورودی به ساختمان) کاهش می یابد. در فرایند احیا ابتدا دمای هوای محیط طی یک فرایند سرمایش تبخیری مستقیم کاهش می یابد (نقطه 6). این هوا در مبدل حرارتی برای پیش سرد کردن هوای خروجی از چرخ دسیکنت استفاده می شود و دمایش با عبور از مبدل حرارتی افزایش می یابد. دمای خروجی از مبدل( نقطه 7) با عبور از گرم کن تا رسیدن به دمای احیا افزایش می یابد تا برای خشک کردن و احیای چرخ دسیکنت استفاده شود. شکل2-14 نمودار سایکرومتریک سیکل سرمایشی دسیکنت در حالت بازگشتی 2-8 سیکلهای سرمایش توسعه یافته سیکلهای توسعه یافته در واقع اصلاح شده سیکلهای استاندارد سرمایش دسیکنت (تهویه و بازگشتی) هستند و روی اجزای مختلف سیکل تغییراتی اعمال شده تا بتوان به ضریب کارایی بالاتری دست یافت. در این قسمت به معرفی چند نمونه از این سیکلها پرداخته شده است. 2-8-1 سیکل سرمایشی revers این سیکل سرمایشی در سال 1985 توسط مکلاین-کراس معرفی شد. در این سیکل بجای سیستمهای تبخیری خنک کننده متداول هوا، از برج خنک کننده و کویل سرد استفاده شده است. همانند سیکلهای قبلی رطوبت هوا با عبور از چرخ دسیکنت کاهش می یابد. سپس با عبور از مبدل حرارتی طی یک فرایند نسبت رطوبت ثابت، دمایش کاهش می یابد. شکل2-15 سیکل سرمایشی revers پس از این مرحله همانطور که در شکل (2-15) نشان داده شده، هوای خروجی از مبدل با هوای برگشتی ترکیب شده تا باز هم دمایش کاهش یابد. برای اینکه دمای هوا مجددا کم شود آنرا از یک کویل سرد نیز عبور می دهند. قسمتی از هوای خروجی از کویل برای استفاده در برج خنک کن استفاده می شود و بقیه به فضای تهویه شونده منتقل می شود. از طرفی هوای منتقل شده به برج سبب می شود دمای آب کاهش یابد تا در کویل سرد مورد استفاده قرار گیرد. این سیکل دارای ضریب عملکرد حدود 25/1 می باشد و نسبت به سیکلهای قبلی دارای ضریب عملکرد بالاتری می باشد [16]. 2-8-2 سیکل سرمایشی dinc واگمن و کتلبرگ در سال 1987 سیکل سرمایشی dinc را معرفی نمودند. در این سیکل علاوه بر یک خنک کننده تبخیری مستقیم، از یک خنک کننده تبخیری غیرمستقیم نیز استفاده شده است. این سیکل دارای ضریب کارایی 1/1 تا 93/1 (بسته به نوع ماده جاذب) می باشد. در این سیکل بخشی از هوای برگشتی با هوای خروجی از مبدل ترکیب می شود و دمایش کاهش می یابد. هوای مخلوط شده به عنوان هوای ثانویه درخنک کننده تبخیری غیرمستقیم استفاده می شود تا دمای هوای مصرفی را کاهش دهد. شکل2-16 سیکل سرمایشی dinc 2-8-3 سیکل سرمایشی sens مکلاین-کراس در سال 1988 سیکل سرمایشی به نام sens معرفی نمودند. این سیکل مشابه سیکل سرمایشی revers می باشد. با این تفاوت که علاوه بر اینکه برای تامین هوای احیا از هوای خارج استفاده می شود، در این سیکل از دو مبدل حرارتی استفاده شده است. هوای خروجی از اولین مبدل حرارتی مجددا وارد مبدل دوم می شود. در واقع با این کار دمای هوای خروجی در دو مرحله کاهش می یابد. شکل (2-17) سیکل سرمایشی sens را نمایش می دهد. استفاده از این سیکل بخاطر داشتن دو مبدل دارای هزینه های اولیه بالاتری نسبت به سیستمهای بیان شده می باشد که با توجه به نیاز به سرمایش قابل بررسی می باشد [14]. شکل2-17 سیکل سرمایشی sens 2-9 استفاده از انرژی خورشیدی امروزه یکی از مهمترین اهداف، صرفه جویی در مصرف انرژی می باشد. در سیکلهای سرمایشی نیز می توان برای تامین گرمای احیا از انرژی خورشیدی استفاده نمود. علاوه بر بحث صرفه جویی در مصرف انرژی به دلیل پایین بودن دمای احیا برای سیلیکاژل ( معمولا 60 تا 77 درجه سانتیگراد) استفاده از انرژی خورشیدی در ساعات آفتابی بسیار مناسب می باشد[14]. البته سیستمهای مجهز به جمع کننده های خورشیدی یک مشکل اساسی دارند. برای داشتن بیشترین بازده لازمست که جمع کننده های خورشیدی روی بام نصب شوند. با توجه به اینکه بقیه تجهیزات سرمایش در زیر زمین قرار می گیرند نیاز به کانال کشی زیادی می باشد. در زمینه استفاده از انرژی خورشیدی مطالعات گسترده ای انجام گرفته که برخی از آنها عبارتست از: فیتلا و همکارانش بر روی سیستمهای بازیافت حرارت مطالعه نمودند. این مطالعه بر روی یک سیستم انرژی خورشیدی بود که بوسیله محلول برمید لیتیم سرما ایجاد می کرد. نتایج بررسیها نشان داد استفاده از انرژی خورشیدی سبب شده ضریب عملکرد در حدود 20 درصد نسبت به حالت معمول افزایش یابد [17]. هنینگ و همکارانش ، استفاده از انرژی خورشیدی برای تامین گرمای احیا در سیستمهای سرمایش دسیکنت را بررسی کردند. نتایج آنها نشان می دهد استفاده از این سیستمها بخصوص در مناطق گرم و خشک مصرف انرژی را به شدت کاهش می دهد. برای سیستمهای ترکیبی مورد مطالعه استفاده از انرژی خورشیدی تا ?? درصد کاهش مصرف انرژی را به دنبال داشته است [18]. هالیدی و همکارانش ، استفاده از انرژی خورشیدی برای تامین گرمای احیا در سیستمهای سرمایش دسیکنت، جهت شرایط آب و هوایی شمال غرب اروپا را مورد بررسی قرار دادند. نتایج تحقیقات آنها نشان می دهد که در مناطق مورد بررسی، سیستم دسیکنت همراه با جمع کننده های خورشیدی موجب کاهش مصرف انرژی می شود [19]. فصل سوم معادلات حاکم 3-1 مقدمــه در دهه های اخیر مطالعات زیادی روی مدلسازی چرخهای دسیکنت صورت گرفته است. تحلیل این چرخها با روشهای تجربی، نظری و عددی امکان پذیر است. نتایج تحلیل عددی به نتایج تجربی نزدیکتر است ولی این اشکال را دارند که برای حل آنها زمان بیشتری صرف می شود ]13 .[در این فصل ابتدا به مدلسازی ریاضی چرخ دسیکنت پرداخته شده و در ادامه معادلات حاکم بر جریان هوای عبوری از کانال و ماده دسیکنت ارائه شده اند. 3-2 مدلسازی ریاضی در شکل (3-1) طرحواره چرخ دسیکنت از نمای روبرو نمایش داده شده است. چرخ به دو بخش جذب رطوبت (نسبت زاویه ) و بخش احیا (نسبت زاویه ) تقسیم شده است. بطور کلی چرخ از تعداد زیادی کانال جریان تشکیل شده است. شکل کانالها بستگی به نوع فرایند ساخت چرخ دارد. کانالها ممکنست به صورت مستطیلی، مثلثی و یا سینوسی باشند. در مدل مورد بررسی شکل کانالها سینوسی می باشد. معمولا جنس کانالها از یک ماده جاذب رطوبت مانند سیلیکاژل، اکسید آلومینیوم فعال شده، غربال مولکولی و... می باشد. نسبت دسیکنت به کل ماده چرخ می باشد و معمولا دارای مقدار 7/0 تا 8/0 است. در مدل مورد مطالعه، پخش حرارت و پخش رطوبت در دو جهت محوری و ضخامت دیواره دسیکنت مورد بررسی قرار می گیرد. انتقال رطوبت به دو صورت پخش سطحی و پخش از نوع بخار (ترکیب پخش نادسن و پخش معمولی ) انجام می شود. این مدلسازی بر پایه فرضیات زیر انجام شده است: - جریان هوا یک بعدی فرض شده است. - از هدایت رسانشی و پخش جرم در جهت محوری در سیال صرفنظر شده است. - هیچ گونه انتقال سیال از یک کانال به کانال دیگر وجود ندارد. - خواص ترمودینامیکی در دسیکنت ثابت در نظر گرفته می شود. شکل 3-1 نمای روبروی چرخ دسیکنت بر اساس فرضیات فوق، مدلی بصورت دو بعدی و گذرا در نظر گرفته می شود. این مدل بصورت طرحواره در شکل (3-2) نشان داده شده است. با توجه به اینکه چرخ از تعداد زیادی کانال تشکیل شده است و در یک امتداد مشخص کانالها روی هم قرار دارند، پس می توان با توجه به شرایط تقارن، وسط ضخامت دسیکنت را عایق در نظر گرفت و تحلیلها را انجام داد. 3-3 معادلات حاکم در این بخش به بررسی و بدست آوردن معادلات حاکم بر جریان هوای عبوری از کانال و معادلات حاکم بر ماده دسیکنت پرداخته شده است. در شکل (3-2) حجم کنترل دیفرانسیلی در یکی از کانالهای چرخ نمایش داده شده است. شکل3-2 نمایی از یک کانال 3-3-1 معادلات حاکم بر جریان هوای عبوری از کانال 3-3-1-1 معادله بقای انرژی با انجام موازنه انرژی روی حجم کنترل در نظر گرفته شده (شکل 3-2)، داریم: نرخ انرژی تولیدی + نرخ انرژی خروجی - نرخ انرژی وروی = نرخ تغییرات انرژی (3-1) نرخ انرژی ورودی به حجم کنترل، شامل نرخ انرژی ورودی توسط هوا