تحلیل عددی یک استخر خورشیدی به روش شبکه بولتزمن

در تحقیق پیش رو استخر خورشیدی گرادیان نمک به صورت عددی و دو بعدی مدل سازی شده است و رفتار حرکتی و حرارتی لایه¬های مختلف استخر مورد بررسی قرار گرفته است. تحلیل جریان سیال همراه با انتقال حرارت و جرم به دلیل وابستگی بین معادلات حاکم مشکل است. در این تحقیق از روش شبکه بولتزمن برای حل معادله حاکم بر جریان سیال استفاده شده است. معادلات انتقال حرارت و انتقال جرم نیز به روش تفاضل محدود حل شده اند. در کار حاضر ابتدا برای اعتبار سنجی روش حل، جریان داخل حفره با جابه¬جایی طبیعی و استخر با دو شرط مرزی دما ثابت و شار ثابت برای کف برای نسبت منظرهای 1 و 2 مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصله با مراجع دیگر مقایسه شده که تطابق خوبی داشته است. سپس رفتار حرارتی استخر در مرحله ذخیره¬سازی با در نظر گرفتن انرژی جذب شده حاصل از تابش خورشید بررسی شده است. همچنین اثرات سایه ایجاد شده توسط دیوارهای استخر بر عملکرد حرارتی سیستم و بر آرایش جریان در لایه های مختلف مطالعه شده و نتایج به دست آمده از این حالت نیز ارائه شده است. در نهایت نیز تأثیر گرادیان نمک بر پایداری و آرایش جریان های سیال در استخر مطالعه شده است. در ترکیب انتقال حرارت و جرم در داخل حفره مشاهده شد که افزایش عدد لوییس باعث افزایش شروود متوسط شده در حالی که با افزایش عدد لوییس مقدار عدد ناسلت متوسط کاهش یافته است. نتایج به دست آمده در حالت استخر با دو شرط مرزی دما ثابت و شار ثابت برای کف استخر نشان داد که این دو شرط، به دلیل دوری از شرایط واقعی برای استفاده در مدل سازی عددی مناسب نیستند. در حالت تشعشع عمود بر سطح استخر، با بررسی نمودارهای توزیع دما و خطوط جریان در این حالت مشاهده شد که جذب تابش خورشید توسط آب باعث تغییر در الگوی جریان و دما در داخل استخر می¬شود. با بررسی عدد بدون بعد نسبت شناوری مشاهده شد که انتخاب مقادیر کوچک برای نسبت شناوری، گرادیان غلظت موجود در استخر را بهم زده و باعث نفوذ سیال گرم به لایه بدون جابه¬جایی می گردد.