پایان نامه کارشناسی ارشد امکان سنجی افزایش انتقال حرارت سیستم مبدل زمین گرمائی مارپیچ مخروطی - دانلود رایگان
دانلود رایگان
دانلود رایگان پایان نامه کارشناسی ارشد امکان سنجی افزایش انتقال حرارت سیستم مبدل زمین گرمائی مارپیچ مخروطیچکیده:
با شروع فصل گرم و سرد و خارج شدن شرایط دمایی از محدوده آسایش ، برای دستیابی به دمای مطلوب درون ساختمان نیاز به یک منبع انرژی داریم . زمین به طور طبیعی منبع حرارتی بسیار عظیمی است که در زیر ساختمانها ، حیاط ها و میادین شهری وجود داشته و به سهولت قابل دسترسی است . با استفاده از دمای یکنواخت اعماق خاک در طول سال می توان با عبور دادن سیال واسط از میان بستر خاک زیر بنا ، با استفاده از اصل انتقال حرارت و با توجه به اختلاف دمای خاک و سیال واسط ، سیال عبوری را در فصل گرم ، سرد و در فصل سرد ، پیش گرم نمود . استفاده از مبدلهای حرارتی زمین گرمائی این امکان را میسر می سازد . از سوئی بهینه سازی تجهیزات انتقال حرارت جهت رسیدن به راندمان بالاتر انرژی نیازمند تمرکز بر کوچک سازی تجهیزات از یک سو و افزایش شدت انتقال حرارت به ازای واحد سطح از سوی دیگر می باشد . در این پژوهش هدف دستیابی به درصدی از حرارت مورد نیاز با استفاده از انرژی زمین گرمائی می باشد . منظورسیستمی شامل مبدل زمین گرمائی مارپیچ درآب و هوای شهر تهران مدل شده و بهترین هندسه جهت افزایش انتقال حرارت و کارآئی حرارتی آن بدست آمده است . در ابتدا تأثیر جهت جریان سیال بررسی شده سپس پارامترهای طراحی که عبارتند از : قطر مارپیچ ، گام مارپیچ ، زاویه مارپیچ مخروطی ، فین و عدد رینولدز تأثیرات آنها یک به یک مورد کاوش قرار گرفته و تأثیر هریک از پارامترهای طراحی بر روی اعداد بی بعد عدد بررسی گردیده است . Jf و ضریب عملکرد هیدرولیکی ، f ضریب اصطکاک ، Nu ناسلت پس از آن با استفاده از الگوریتم تاگوچی بهترین پارامترهای طراحی جهت استحصال حداکثری انرژی از خاک و یا لحاظ کردن عملکرد Nu تعیین می گردد . هندسه بهینه در صورت لحاظ کردن دریافت انرژی گرمائی بیشتر و افزایش Nu 27 % عدد ناسلت / هیدرولیکی ارائه می گردد . با شبیه سازی عددی هندسه های مذکور افزایش 2 را خواهیم داشت . Jf 19/9 % ضریب عملکرد هیدرولیکی توجه به اینکه افزودن نانوذرات سبب افزایش انتقال حرارت می گردد ، در هندسه بهینه بدست آمده جهت درصدهای مختلف نانوذره در سیال پایه آب را استفاده
فهرست مطالب:
چکیده 1
فصل اول مقدمه
تاریخچه 1.1
جایگاه انرژی زمین گرمائی در جهان 2 .1
جایگاه انرژی زمین گرمائی در ایران 3 .1
خلاصه مراحل پایان نامه 4 .1
فصل دوم انواع مبدلهای حرارتی و روشهای ازدیاد انتقال حرارت
انواع مبدلهای حرارتی 1 .2
مبدلهای حرارتی لوله مارپیچ 2 .2
تاریخچه1 .2 .2
مشخصه جریان در لوله مارپیچ 2 .2 .2
مطالعات انجام شده در زمینه الگوی جریان در لوله مارپیچ3 .2 .2
عدد رینولدز بحرانی و گذر از جریان آرام به آشفته 4 .2 .2
مطالعات انجام شده در زمینه انتقال حرارت در لوله مارپیچ 5 .2 .2
مبانی افزایش انتقال حرارت 3 .2
روشهای افزایش انتقال حرارت4 .2
روشهای فعال1 .4 .2
روشهای غیرفعال 2 .4 .2
نانوسیالات5 .2
نانوسیال1 .5 .2
مزایای بالقوه نانوسیال 2 .5 .2
کاربردهای نانو سیال3 .5 .2
یافتههای تجربی نانوسیال 4 .5 .2
اندازهگیری هدایت حرارتی1 .4 .5 .2
اثر غلظت حجمی نانوذرات2 .4 .5 .2
اثر نوع نانوذرات 3 .4 .5 .2
اثر اندازه نانوذرات 4 .4 .5 .2
اثر شکل نانوذرات 6 .4 .5 .2
تاثیر سطح تماس جامد مایع 7 .4 .5 .2
اثر دما 8 .4 .5 .2
اثرات افزودنیها و اسیدیته9 . 4 .5 .2
مطالعات رئولوژیکی و اندازهگیری ویسکوزیته5 .5 .2
انتقال حرارت جابجایی و افت فشار6 .5 .2
فصل سوم آشنائی با انرژی زمین گرمائی و سیستم های استحصال آن 5
انرژی زمین گرمائی در مصارف غیر صنعتی1 .3
استخرهای آب گرم 1 .1 .3
مراکز گلخانه ای 2 .1 .3
گرمایش منازل 3 .1 .3
حوضچه های پرورش ماهی4 .1 .3
ذوب برف و پیشگیری از یخبندان در معابر .1 .3
انرژی زمین گرمائی در ساختمان .3
پمپ حرارتی زمین گرمائی .3
تاریخچه .3 .3
تقسیمبندی بر اساس سیکل حرارتی .3 .3
پمپ حرارتی با سیستم تراکمی .2 .3 .3
پمپ حرارتی با سیستم جذبی .2 .3 .3
تقسیم بندی بر اساس منابع .3 .3
پمپ های حرارتی با منبع هوائی .3 .3 .3
پمپ های حرارتی با منبع زمینی .3 .3 .3
سیکل گرمایش .3 .3 .3
سیکل سرمایش .3 .3 .3
انواع سیستمهای پمپ حرارتی زمینی .3 .3
سیستمهای با حلقه باز .4 .3 .3
پمپ حرارتی با سیستم باز و منبع آب زیرزمینی .4 .3 .3
سیستمهای با حلقه بسته .4 .3 .3
کاربرد پمپهای حرارتی .3 .3
فواید زیست محیطی .3 .3
وضعیت پمپ حرارتی زمین گرمائی در ایران .3
کاربری های سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی .3
مزایای پمپ حرارتی زمین گرمایی .5 .3
مطالعات انجام شده در زمینه مبدلهای حرارتی انرژی زمین گرمائی .5 .3
فصل چهارم معادلات حاکم و روش شبیه سازی عددی 51
معادلات حاکم بر جریان .4
معادلات بقای جرم .1 .4
معادله بقای ممنتم .1 .4
معادله بقای انرژی .1 .4
بررسی عدد رینولدز بحرانی در مارپیچ .4
مدل سازی جریان و انتقال حرارت نانوسیال .4
تعریف مساله .4
شرایط اقلیمی دمای هوا و خاک تهران .4
فصل پنجم نتایج
صحت سنجی و استقلال از شبکه .5
نمونه مدل شده . 1 .5
نتایج مقایسه مدل اولیه با مدلهای هشت گانه .5
نتایج مدل اولیه .2 .5
نتایج مدل اولیه در دمای ثابت خاک تهران با دمای ورودی آب .1 .2 .5
مطابق مدل مرجع
نتایج مدل اولیه در دمای ثابت خاک تهران دمای ورودی آب 7 .1 .2 .5
درجه سانتیگراد فصل سرد
نتایج مدل اولیه در دمای متغیرخاک تهران دمای ورودی آب 7 .1 .2 .5
درجه سانتیگراد فصل سرد
تأثیر هر یک از پارامترها بر کارائی مبدل حرارتی مارپیچ .2 .5
تأثیر یر جهت جریان سیال .2 .2 .5
تأثیر قطر مارپیچ .2 .2 .5
تأثیر گام مارپیچ .2 .2 .5
تأثیر زاویه مارپیچ .2 .2 .5
تأثیر فین .2 .2 .5
تأثیر رینولدز .2 .2 .5
بهینه سازی .5
روش تاگوچی .3 .5
نتایج روش تاگوچی .3 .5
شبیه سازی عددی پیشنهادات تاگوچی .3 .5
Jf پیشنهاد بهینه سازی .3 .3 .5
Nu پیشنهاد بهینه سازی .3 .3 .5
استفاده از نانو سیالات .3 .3 .5
نتیجه گیری
منابع و مآخذ
فهرست جداول:
1-2 ضریب هدایت حرارتی تعدادی از مواد
2-2 مدلهای ارایه شده جهت محاسبه هدایت حرارتی نانوسیال
3-2 مدلهای ارایه شده جهت محاسبه ویسکوزیته نانوسیال
1-3 مشخصات پمپ های حرارتی نصب شده در ایران
2-3 شهرهایی که پمپهای حرارتی راه انداری شده اند
3-3 کاهش برق مصرفی در شهرهایی که پمپهای حرارتی نصب شده اند
1-4 ابعاد مبدل حرارتی
2-4 ثوابت رابطه نمودار سینوسی خاک در شهر تهران
1-5 خطای مش بندی ها
2-5 مبدل انتخابی تأثیر جهت حرکت سیال
3-5 نتایج بدست آمده جهت بررسی تأثیر جهت حرکت سیال
4-5 مبدل انتخابی تأثیر جهت تأثیر قطر مارپیچ
5-5 نتایج بدست آمده جهت بررسی تأثیر قطر مارپیچ
6-5 مبدل انتخابی تأثیر جهت تأثیر گام مارپیچ
7-5 نتایج بدست آمده جهت بررسی تأثیر گام مارپیچ
8-5 مبدل انتخابی تأثیر جهت تأثیر زاویه مارپیچ
9-5 نتایج بدست آمده جهت بررسی تأثیر زاویه مارپیچ
10-5 مبدل انتخابی تأثیر فین
11-5 نتایج بدست آمده جهت بررسی تأثیر فین
12-5 مبدل انتخابی تأثیر رینولدز
13-5 نتایج بدست آمده جهت بررسی تأثیر رینولدز
14-5 سطوح و پارامترهای انتخاب شده
82 L 15-5 پارامترهای طراحی و ماتریس متعامد
16-5 نتایج آزمایشات روش تاگوچی
17-5 پیشنهادات بهینه سازی روش تاگوچی
18-5 پیشنهاد بهینه سازی ضریب کارآئی حرارتی در روش تاگوچی
19-5 پیشنهاد بهینه سازی انتقال حرارت در روش تاگوچی
با درصد های Al2O 20-5 پیشنهاد بهینه سازی انتقال حرارت با نانو سیالات 3
مختلف
20-5 درصد افزایش عدد ناسلت با نانو سیالات با درصدهای حجمی مختلف
فهرست شکلها:
شماره موضوع شکل صفحه
1-2 جریان ثانویه در اعداد دین کم و زیاد
2-2 هندسه یک لوله مارپیچ هلیکال
1-4 طرحواره پکیج پمپ حرارتی زمین گرمایی
2-4 مبدل حرارتی مارپیچ مخروطی مدل شده
3-4 شبکهبندی مورد استفاده در این بررسی
4-4 شبکهبندی مورد استفاده در مبدل با دو فین
5-4 شبکهبندی مورد استفاده در مبدل با شش فین
6-4 نمودار تغییرات دمای هوای شهر تهران در طول سال
7-4 . نمودار تغییرات دمای خاک شهر تهران در طول سال)میلادی( در اعماق
متری 𝑦 = 0.1 − 0.3 − 0.5 − 1
8-4 . نمودار تغییرات دمای خاک شهر تهران در طول سال)میلادی( در اعماق
متری 𝑦 = 2 − 3 − 4 − 5 − 6
9-4 نمودار تغییرات دمای خاک شهر تهران در فصول سرد
1-5 عملکرد حرارتی مبدل در تونس )دما(
2-5 عملکرد حرارتی مبدل در تونس )شار حرارتی (
3-5 شبکه 1434563 میلیونی
4-5 شبکه 2273637 میلیونی
5-5 شبکه 4197569 میلیونی
فهرست نمودارها:
1-3 مقایسه صرفه جوئی انرژی در پمپهای حرارتی با سیستمهای دیگر
1-5 نمودار سرعت سیال
2-5 نمودار دمای سیال
3-5 فشار سیال
4-5 نمودار تأثیر افزایش قطر بر عدد ناسلت
5-5 نمودار تأثیر افزایش قطر بر ضریب اصطکاک
6-5 نمودار تأثیر قطر مارپیچ بر عملکرد هیدرولیکی
7-5 نمودارتأثیر افزایش گام بر عدد ناسلت
8-5 نمودار تأثیر گام بر ضریب اصطکاک
9-5 تأثیر افزایش گام بر ضریب عملکرد هیدرولیکی
10-5 نمودار تأثیر زاویه مخروطی مارپیچ بر عدد ناسلت
11-5 نمودار تأثیر زاویه مخروطی مارپیچ بر ضریب اصطکاک
12-5 نمودارتأثیر زاویه مخروطی مارپیچ بر ضریب عملکرد هیدرولیکی
13-5 نمودار تأثیر فین بر عدد ناسلت
14-5 نمودار تأثیر تعداد فین ها بر ضریب اصطکاک
15-5 نمودار تأثیر تعداد فین ها در ضریب عملکرد هیدرولیکی
16-5 نمودار تأثیر عدد رینولدز بر عدد ناسلت
17-5 نمودار تأثیر عدد رینولدز بر ضریب اصطکاک
18-5 نمودار تأثیر رینولدز بر ضریب عملکرد هیدرولیکی
19-5 نمودار ضریب عملکرد هیدرولیکی بر درصد حجمی نانوسیال
20-5 نمودار ضریب اصطکاک بر درصد حجمی نانوسیال
21-5 نمودار ضریب عملکرد هیدرولیکی بر درصد حجمی نانوسیال