مطالعه عددی انرژی دریافتی از شمعهای حرارتی در خاک اشباع

امروزه گرمایش کره زمین به یک معضل جهانی تبدیل شده است که عامل اصلی آن استفاده از سوختهای فسیلی می باشد. از این رو استفاده از انرژی های تجدید پذیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. انرژی ژئوترمال کم عمق، یکی از منابع گسترده و تجدید پذیر انرژی است. این انرژی می تواند به صورت شمعهای حرارتی برای گرمایش و سرمایش ساختمانها، تونلها، جلوگیری از یخ زدگی راه ها و باند فرودگاه ها از زمین استخراج شود.این انرژی توسط شمعهای ساختمانی که خاصیت باربری نیز داردند، با قرار دادن لوله حاوی سیال در شمعها، استخراج میشود. از این رو استفاده از این شمعهای حرارتی میتوانند بسیار به صرفه باشند. هدف از این پژوهش، مطالعه عددی به صورت اجزا محدود، برای محاسبه میزان توان خروجی و انرژی دریافتی از شمع های حرارتی، تحت شرایط مختلف است.از عمق حدود 4 الی 6 متر به بعد دمای خاک ثابت و برابر دمای میانگین سالانه منطقه مورد مطالعه فرض می شود.[1] خاک ایزوتروپیک و دو فازی جامد و مایع است و هیچ انتقال حرارتی با محیط بیرونی وجود ندارد. خاک و مایع ایزوترمال هستند و همچنین خاک زهکشی مناسبی دارد. هیچ سیالی در خاک جریان ندارد و فقط خاک به وسیله آب اشباع شده است. درون خاک شمع ساختمانی و درون شمع نیز لوله هایی حاوی سیال با دمایی مشخص جریان دارد.برای بررسی عددی این پدیده درشرایط مختلف از نرم افزار اجزا محدود مولتی فیزیک کامسول نسخه 5,4,4 استفاده شده است. برای انتقال حرارت و انرژی در خاک و شمع از فرمول انتقال حرارت در محیط متخلخل استفاده گردیده است. فرمول انتقال حرارت در لوله نیز به نرم افزار جهت بررسی انتقال حرارت بین لوله و شمع اضافه شده است.پارامتر های مورد بررسی در این پژوهش عبارت اند از: اثر پارامترهای حرارتی خاک، تغییر طول شمع های انرژی، خصوصیات هندسی و نوع اجرای لوله ها در شمع های انرژی. در تمامی موارد نسبت توان خروجی به طول شمع مورد بررسی قرار گرفته است.با افزایش پارامتر های حرارتی خاک مانند ظرفیت گرمایی و دانسیته خاک، شاهد افزایش انرژی دریافتی هستیم. افزایش طول شمع نیز باعث بهبود توان خروجی می شود. لوله هایU ، Wو اسپیرال نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. به طور کلی با افزایش میزان طول لوله در شمع حرارتی دریافتی از زمین بیشتر میشود.نتایج بدست آمده در این پژوهش می تواند کمک شایانی به طراحی بهینه شمع های انرژی بکند.

کلیدواژه ها:

زمین گرمایی ، شمع انرژی ، مطالعه عددی ، اجزا محدود .