بررسی جریان هوای گرم در لوله های قائم-مایل

چکیده دودکش خورشیدی یک مثال کاربردی از جریان هوای گرم درون یک کانال قایم است که در تهویه طبیعی ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرد. در این کاربرد، انرژی تابشی خورشید از صفحه شفافی عبور کرده و باعث گرم شدن دیواره داخلی کانال قایمی می شود. هوای درون این کانال قایم، بر اثر انتقال حرارت از دیواره، گرم شده و یک جریان طبیعی در درون کانال قایم برقرار می شود. در مطالعه حاضر با جایگزین کردن یک منبع حرارتی الکتریکی بجای کلکتور خورشیدی، هوای محیط مورد نظر گرم شده و یک جریان طبیعی هوا در درون لوله های قائم، "قائم- افقی" و "قائم- مایل" برقرار شده است. سپس تحت شرایط پایدار، تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل توان حرارتی منبع، قطر و طول کانال قایم و شرایط مرزی حرارتی آن روی میزان دبی جریان ایجاد شده بررسی شده است. جریان هوای ایجاد شده مانند دودکش های خورشیدی می تواند برای تهویه طبیعی فضاهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد. با ثابت بودن طول لوله در صورتی که دمای متوسط از دمای محیط اضافه شود دبی جرمی افزایش پیدا می کند و در صورتی که دمای متوسط سیال درون لوله یک و نیم برابر دمای محیط باشد دبی جریان یافته دارای ماکزیمم مقدار خود بوده و سپس با ازدیاد دمای متوسط درون لوله مقدار دبی جریان کاهش می یابد. با ثابت بودن دمای متوسط جریان و دمای محیط در صورتی که طول لوله اضافه شود دبی جرمی گذرنده افزایش یافته و سرانجام به ازای طول های خیلی بلند به سمت مقدار ثابتی میل می کند. برای ترکیبات مختلف لوله های "قائم- افقی" و "قائم- مایل" اندازه لوله قائم اول بخصوص در حالتی که اندازه لوله قائم اولیه صفر می باشد، اهمیت دارد. برای طول های ثابت در ترکیبات مختلف با افزایش اندازه لوله قائم اول دبی جرمی هوای خروجی اندکی افزایش می یابد.