ارزیابی عددی فرآیندهای جذب، ذخیره سازی وانتقال انرژی تابشی خورشید در خاک به منظور امکان سنجی استفاده از آن در انتقال ابرها

تحقیق حاضر دربرگیرنده نتایج حاصل از مدل سازی عددی رفتار حرارتی محیط متخلخل در تبادل انرژی با سیستم پمپ های گرمایشی ترکیب شده با کلکتورهای خورشیدی است. برای این منظور مدل های رفتاری متعددی با نگرش های متفاوت در رابطه با بررسی فرایندهای انتقال توأمان حرارت و رطوبت در خاک ارائه و مورد بحث قرار می گیرد، که در این میان با انتخاب یک رویکرد خاص، نسبت به تهیه روابط و معادلات لازم برای ارزیابی هدف تعیین شده در قالب یک مدل رفتاری پیشنهادی اقدام خواهد شد. لذا با تعیین شرایط حدی حاصل از تبادل انرژی با جاذب گرمای تابشی خورشید، از یک لوله u شکل تحت فشار و مدفون در محیط بصورت قائم، برای سنجش رفتار ترمودینامیکی خاک در دو حالت رطوبتی اشباع و غیراشباع با ارائه سری معادلات متمایز استفاده می گردد. بدین ترتیب برای هر یک از مراحل توزیع، انتقال و بازپخش انرژی ذخیره شده در منبع زمین، با اعمال شرایط اولیه و حدی حاکم بر پهنه مورد بررسی، اثر هر یک از پارامترهای ترمودینامیکی اجزاء، تغییر شرایط محیطی و چگونگی کارکرد پمپ حرارتی در طی دو فرایند انتشار و استخراج گرما از محیط بصورت بررسی تغییرات زمانی و مکانی میدان دما و سرعت سیال جاری شده مورد تحلیل قرار می گیرد. همچنین باید اشاره داشت که برای انجام تحلیل عددی دستگاه معادلات دیفرانسیل حاصل از روش کلاسیک اجزای محدود در حالت دینامیکی مبتنی بر بکارگیری توابع شکل مکانی و زمانی بهره گرفته می شود. در ادامه نتایج قابل حصول، بررسی کمی جریان های همرفت قابل تولید در محیط مورد ارزیابی و چگونگی روند تغییرات دینامیکی هریک نسبت به تغییر در گرادیان درجه حرارت و محتوای حجمی رطوبت به تفصیل مورد بحث قرار می گیرد. همچنین برای اطلاع از میزان راندمان کلی طرح در هر دو حالت رطوبتی، مقدار حجمی انرژی دریافتی، تلف شده و قابل ذخیره سازی بصورت تجمعی در نقاطی مشخص حول منبع در طول زمان، تعیین و منحنی میانگین کل انرژی ذخیره شده در محیط در بازه زمانی مورد نظر ارائه خواهد شد. در فصل آخر نیز نیم نگاهی به ارزیابی یک سیستم معین از پمپاژ حرارتی در منبع زمین شده است که ضمن معرفی انواع مختلفی از این گونه سامانه ها نسبت به عملکرد حرارتی خازن تعریف شده در قالب مثالی مشابه سازی شده اقدام می شود. لذا با انتخاب یک شبکه قائم برای آن، می توان اقدام به تعریف مسأله ای مشخص در راستای جذب، انتشار و البته برداشت گرما از خاک محل برای دو حالت اشباع و غیراشباع نمود. برای این منظور قبل از شروع تحلیل مسأله با توجه به دستگاه معادلات از پیش تعیین شده برای هر یک از شرایط موجود در محل، مروری بر روش های تحلیل ساختار قائم از سیکل ترکیبی پمپاژ گرما انجام گرفته است. نظر به استفاده از روش های عددی برای حل معادلات، خلاصه ای از تاریخ گسترش روش های تحلیل عددی برای ارزیابی سیستم پمپاژ گرما در منبع زمین نیز مطرح خواهد گردید. در انتها به عنوان یک نتیجه کلی از کار می توان گفت که هرگونه تغییر ترمودینامیکی در شرایط ایجاد شده برای خازن حرارتی مورد بحث تابعی از تعداد و فاصله مبدل های حرارتی مورد استفاده با توجه به نوع سیستم انتخابی برای پمپاژ گرما به زمین است که با توجه به نیاز و یا شرایط منطقه مورد هدف قابل تغییر خواهد بود. لذا از این طریق نحوه به اصطلاح آرایش لوله های تبادل کننده حرارت در زمین قابل طراحی و بررسی می باشد.