شبیه سازی عملکرد یک کلکتور خورشیدی در حالت سه بعدی در شرایط آب و هوایی خشک و کویری

در این تحقیق به شبیه سازی عددی عملکرد یک کلکتور خورشیدی در حالت سه بعدی و گذرا پرداخته شده است. آنالیز عددی شامل شبیه سازی تشعشع خورشید از صبح تا بعداظهر بر روی کلکتور بوده و همچنین از مدل تشعشعی سطح به سطح dtrm استفاده شده است. انتقال حرارت جابجایی داخل سیال آب و هوا بصورت همزمان شبیه سازی شده است. برای بهینه سازی طراحی و برای افزایش انتقال حرارت به جریان آب، جریان داخل کلکتور، لوله های حاوی سیال عامل، مخزن ذخیره و مبدل حرارتی مدل شده اند. تبادل حرارت میان سطوح لوله و جاذب، سطح شیشه، دیواره ها، عایق و مخزن ذخیره بررسی شده و همچنین انتقال حرارت هدایتی میان لوله ها و جاذب در نظر گرفته شده اند. پس از حل عددی سه بعدی، توزیع دمای سیال خروجی بعنوان شاخص بازدهی کلکتور بدست آمده است. هدف از بهینه سازی، افزایش دمای سیال عامل داخل کلکتور می باشد. در این تحقیق با شبیه سازی سه بعدی عملکرد یک کلکتور، پارامترهایی که کارایی سیستم گرمایش خورشیدی را تحت تاثیر قرار می دهند، بررسی شده اند. از جمله میزان تاثیر آرایش لوله ها و جنس صفحه جاذب در افزایش انتقال حرارت مشخص شده و اینکه کدام آرایش بیشترین بازدهی را دارد. تاثیر زوایای مختلف قرارگیری کلکتور بر اساس عرض جغرافیایی، بر انتقال حرارت داخل کلکتور در نظر گرفته شده و با مدل سه بعدی عددی در شرایط آب و هوای خشک و کویری شهر یزد شبیه سازی شده است. همچنین تعیین سیال کارکرد مناسب و ارائه راهکارهایی برای کاهش افت گرمایی کلکتور از دیگر مسائل بررسی شده می باشد. در پایان نیز یک نمونه کامل سیستم گرمایش آب در مقیاس واقعی بصورت عددی شبیه سازی شده و مخازن دو جداره و کویلی در این سیستم با یکدیگر مقایسه شده اند. مشاهده گردید که تاثیر دوجداره کردن شیشه از سایر پارامترها بیشتر بوده و در مقایسه با شیشه تک جداره، سیال کارکرد با شیشه دوجداره، در مدت یک ساعت، 5 درجه افزایش دما داشته است. همچنین نتایج عددی با نمونه تجربی مقایسه شده و مشاهده گردید که نتایج مطابقت خوبی با یکدیگر دارند.