شبیه سازی دودکش خورشیدی

در این نوشتار به شبیه سازی جریان و انتقال حرارت دردودکش خورشیدی با حلگر buoyantBoussinesqSimpleFoam  پرداخته شده است.

شماتیکی از هندسه که از مرجع [1] گرفته شده است در شکل زیر نشان داده شده است.

schematic of solar chimney problem

شبکه با ابزار blockMesh کشیده شده است. یکی از تکنیکهای پرکاربرد در داخل بلاک مش برای انجام محاسبات ریاضی استفاده از ابزار #calc است. چند نمونه از کاربرد این ابزار را ببینید

۱- تبدیل درجه به رادیان (زاویه ۳۰ درجه است) :

#calc      "degToRad(30)"

۲- انجام عملیات ریاضی (استفاده از توابع مثلثاتی)

 #calc     "sin(30)"

برای شبیه سازی دو بعدی متقارن محوری در اپن فوم نیاز هست تا قطاعی از هندسه به زاویه کوچکتر از ۵ درجه انتخاب شود. همچنین صفحات جلو وعقب باید کاملا صفحه ای (planar) باشد. برای این صفحات شرط مرزی از نوع wedge در نظر گرفته می شود. شبکه ی نهایی در شکل زیر نشان داده شده است.

grid generated with blockMesh for solar chimney
grid generated with blockMesh for axisymmetric simulation, baffle is created for fan BC

در دودکش خورشیدی توربینی وجود دارد. برای شبیه سازی توربین از شرط مرزی fan استفاده شده است. شرط مرزی فن برای اعمال پرش فشار متناسب با سرعت عبوری از مرزها متناسب است. این شرط جزو شروط استخراج شده از شرط مرزی تناوبی (cyclic) است. برای ایجاد شرط مرزی تناوبی در داخل هندسه ی محاسباتی از ابزار createBaffleDict استفاده شده است. مکان مرز تناوبی در امتداد جریان هوا در شکل بالا (fan_half0) نشان داده شده است.

برای اعمال شرط مرزی جابجایی در سقف کلکتور با استفاده از groovyBC  بصورت زیر اعمال شده است.

 type  groovyBC;
 variables "q=800;h=3;Tinf=300;Cp0=1.0035e03;rhoAir=1.127;kair=kappaEff*rhoAir*rhok*Cp0;";
 valueExpression "q/h+Tinf";
 gradientExpression "0";
 fractionExpression "1/(1+kair/(h*mag(delta())))";
 value uniform 300;

توزیع دما و فشار در شکل زیر نشان داده شده است.

temperature contour in solar chimney, simulation is done with buoyantBoussinesqSimpleFoam
dynamic pressure contour in solar chimney, simulation is done with buoyantBoussinesqSimpleFoam

عکس های بیشتر از شبیه سازی دیگر:

 

پانوشت:

در نسخه ی ۵ اپن فوم امکان اعمال پرش فشار منفی با استفاده از شرط مرزی fan وجود ندارد. در این ورژنها باید از شرط مرزی groovyBCJump استفاده کرد.

مرجع

1- Xu, G., Ming, T., Pan, Y., Meng, F. and Zhou, C., 2011. Numerical analysis on the performance of solar chimney power plant system. Energy Conversion and Management, 52(2), pp.876-883.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *