مطالعه عددی تاثیر عامل های طراحی و تابش خورشید بر کارایی سیستم دودکش خورشیدی

افزایش نیاز به انرژی و ضرورت بهره گیری از سامانه های کم مصرف، توجه به استفاده از دودکش های خورشیدی را به عنوان روشی پایدار برای تهویه و تولید جریان طبیعی هوا ضروری ساخته است. در پژوهش حاضر، عملکرد حرارتی و هیدرودینامیکی یک دودکش خورشیدی با سطح جاذب افقی تحت تاثیر عامل های هندسی و شدت تابش خورشیدی به صورت عددی و با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت بررسی شده است. مدل آشفتگی k–ε RNG برای تحلیل جریان به کار گرفته شده و معادلات حاکم با روش حجم محدود حل گردیده است. ارتفاع دودکش (۰.۵ تا ۲.۵ متر)، فاصله کانال هوایی (۰.۱ و ۰.۲ متر)، ابعاد ورودی و خروجی و شدت تابش خورشیدی (۶۰۰، ۸۰۰ و ۱۰۰۰ وات بر مترمربع) به عنوان متغیرهای طراحی موردمطالعه قرار گرفته و مدل عددی با داده های تجربی موجود اعتبارسنجی شده است. نتایج نشان می دهد افزایش شدت تابش از ۶۰۰ به ۱۰۰۰ وات بر مترمربع سبب افزایش حدود ۴۰ درصدی دبی جرمی شده و افزایش ارتفاع دودکش و فاصله کانال به ترتیب موجب بهبود ۳۵ و ۵۰ درصدی عملکرد سامانه می گردد. از یافته های نوآورانه این پژوهش، شناسایی پدیده جریان بازگشتی در ناحیه خروجی است که در نسبت بحرانی ارتفاع خروجی به فاصله شکاف هوایی ( =۱.۲۶–۱.۶) رخ داده و باعث کاهش بازده سامانه از حدود ۹۰٪ به نزدیک ۳۰٪ می شود. بر اساس نتایج، اجتناب از نسبت های بحرانی و بهینه سازی هندسه خروجی نقش کلیدی در افزایش راندمان و جلوگیری از افت عملکرد دودکش خورشیدی دارد. این نتایج می تواند به عنوان مبنایی برای طراحی بهینه دودکش های خورشیدی در اقلیم های گرم و خشک مورداستفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

دودکش خورشیدی ، عامل های هندسی ، تابش خورشیدی ، دینامیک سیالات محاسباتی