بررسی تجربی حرکات همرفتی در لایه آمیخته یک استخر خورشیدی

اساس کار یک استخر خورشیدی باگرادیان چگالی (شوری) که برای ذخیره سازی انرژی خورشیدی به کار میرود یک ناحیه گرادیانی – چگالی پایدار است که روی ناحیه چگالی ذخیره ساز که از نظر شوری و دما یکنواخت است (لایه آمیخته) ، قرار می یگرد. این ناحیه گرادیانی از حرکات همرفتی که باعث انتقال انرژی به طرف سطح استخر و اتلاف آن می شود، جلوگیری کرده و باعث ذخیره شده این انرژی در لایه ذخیره ساز کف استخر می شود. حرکات همرفتی لایه آمیخته ذخیره ساز که در اثر گرم شدن کف استخر توسط تابش خورشیدی صورت می گیرد،در قسمت مرز بین لایه ذخیره ساز و ناحیه گرادیانی متوقف می شوند. این همرفت که به صورت پلومها و ترمالهای تلاطمی هستند هنام برخورد با لایه گرادیانی باعث فرسایش لایه گرادیانی می شوند که هنوز از نظر هیدرودینامیکی ناشناخته است. این فرسایش لایه گرادیانی یکی از مسایلی است که در استخرهای خورشیدی با گرادیان چگالی پایدار دیده می شود و به منظور کاهش اثر و یا ترمیم این فرسایش کارهایی انجام گرفته است. در این مطالعه، با انجام یک سری آزمایش روی یک استخر خورشیدی با سطح مقطع مربعی که سطح مقطع آن 1m2 در کف و 2/5m2 در سطح و عمق 0/8m و جداره های عایق شده در یک حوضچه زمینی است حرکات همرفتی لایه ذخیره ساز و فرسایش لایه گرادیانی بررسی شده است. علاوه بر این یک ازمایش با لایه ذخیره ساز به عمق 10cm وشوری 200gr/kg و لایه گرادیانی به عمق حدود 30cm و گرادیان چگالی حدود gr/cm4 10 به توان 3- ضربدر 5، دمای لایه ذخیره ساز پس از حدود یک هفته به 60 درجه سانتی گراد رسیید. بازده گرمایی محاسبه شده برای استخر بدون برداشت گرما از آن حدود 20 تا 30 درصد محاسبه شد که با استخرهای متداول قابل مقایسه است. حرکات همرفتی لایه ذخیره ساز که توسط مشاهدهمستقیم بررسی شد و محوه برخورد آن با لایه گرادیانی که فرسایش این لایه را به دنبال دارد تابعی از عدد ریچاردسون ناحیه مرز بین دو ناحیه است. مقدار فرسایش محاسبه شده در یک ماه برای لایه گرادیانی حدود 1/5cm درماه است که با مقدار مشاهده شده بر اساس نیمرخهای چگالی و دما به خولی همخوانی دارد. در نوع آزمایشگاهی نیز نتایج مشابهی دیده می شود. همچنین به منظور مطالعه دقیقتر بر هم کنش حرکات همرفتی لایه آمیخته با لایه گرادیانی یک آزمایش در آزمایشگاه، در ظرفی مشابه ولی کوچکتر که به طور مابه استخر خورشیدی پر شده بود انجام شد. در این آزمایش گرما توسط یک گرم کننده در کف ظرف اعمال می شد. این بر هم کنش به صورت ترمالهای تلاطمی با مرز مشترک دو لایه بود که باعث درون آمیختگی شاره لایه گرادیانی با لایه آمیخته کف استخر می شد. سیگنالهای چگالی و دما در مرز مشترک نشان دهنده یک فرایند درون آمیختگی گاه و بی گاه، همراه با امواج نامنظم داخلی در لایه مرز مشترک دو ناحیه است.