بررسی عددی تاثیر جانمایی اینسرت حلزونی در لوله مبدل خورشیدی

با توجه به چالش جهانی تغییرات وضعیت آب و هوایی و کمبود منابع انرژی، محققان به فکر یافتن راه هایی برای افزایش راندمان سیستم ها و همچنین جایگزین کردن سوخت های فسیلی با سوخت پاک و تجدید پذیر افتاده اند. در این میان انرژی خورشیدی به دلیل رایگان بودن و در دسترس بودن بسیار مورد توجه قرار گرفته است. نیروگاه برج خورشیدی گونه ای از کوره خورشیدی است که از یک برج مرکزی به عنوان کانون برای دریافت نور خورشید استفاده می کند. در این نیروگاه از یک میدان بزرگ از آینه های ردیاب خورشید به نام هلیوستات برای منعکس کردن و تمرکز نور خورشید بر روی یک دریافت کننده که در بالای برج نسبتا بلندی نصب شده است، استفاده می شود. در پژوهش حاضر، تاثیر استفاده از اینسرت حلزونی با جانمایی مختلف در لوله دریافت کننده به منظور بهبود انتقال حرارت بررسی شد. به منظور بررسی تاثیر اینسرت بر عملکرد انتقال حرارت لوله دریافت کننده حفره ای برج خورشیدی، یک مدل عددی سه بعدی با سه جانمایی مختلف تحت شرایط مرزی شار حرارتی غیریکنواخت بررسی شد. براساس این مدل، ت اثیر پیکربندی اینسرت، تاثیر عدد رینولدز، تاثیر ارتفاع افزونه، موقعیت و گام نوارها بررسی می شود. مدل عددی مساله در نرم افزار انسیس فلوئنت توسعه داده شد. ابتدا به بررسی استقلال حل از شبکه پرداخته شد. نتایج به دست آمده نشان می داد که با افزایش عدد رینولدز، عدد ناسلت و افت فشار افزایش می یابد اما افزایش میزان انتقال حرارت بیش تر از افت فشار می باشد. لذا برای بازه اعداد رینولدز مورد بررسی نشان داده شد که در تمامی شرایط مورد بررسی نتیجه به دست آمده برای رینولدز ۱۰۰۰۰ مطلوب تر بوده است. با افزایش گام افزونه عدد ناسلت افزایش می یابد اما افت فشار نیز افزایش می یابد از این رو برای حالت های مختلف نسبت ناسلت به افت فشار مورد بررسی قرار گرفت و نشان داده شد که استفاده از افزونه هایی با گام ۳ و ۵ سانتی متر توجیهی ندارد. در مقابل افزونه با گام ۱۰ سانتی متر عملکرد مناسبی را نشان داد. برای سه آرایش مختلف مورد بررسی آرایش مثلثی دارای بهترین نسبت عدد ناسلت به افت فشار بود. هر چند با افزایش تعداد افزونه ها در داخل لوله میزان انتقال حرارت و به تبع آن عدد ناسلت افزایش یافت اما میزان افت فشار نیز افزایش یافت. به خصوص برای آرایش مربعی میزان افزایش افت فشار بیش از افزایش عدد ناسلت بود. افزایش ارتفاع افزونه منجر به افزایش همرمان عدد ناسلت و افت فشار می شود. بررسی ها نشان داده که بهینه ترین ارتفاع برای افزونه ۰.۲۵ سانتی متر می باشد. استفاده از افزونه حلزونی با آرایش مثلثی و ارتفاع ۰.۲۵ سانتی متر در داخل لوله، بهترین نتیجه را به دست می دهد.