حل عددی جریان و انتقال حرارت در مبدل های زمین گرمایی

در مقاله حاضر حل عددی جریان آشفته با خواص متغیرسیال به همراه انتقال حرارت در یک مبدل زمین گرمایی از نوع هم محور در چند هندسه مختلف در نظر گرفته شده است. ابتدا با بررسی برخی کارهای علمی گذشته به اهمیت استفاده از این نوع انرژی اشاره شده است. یکی از نرم افزار های مورد استفاده در این زمینه معرفی شده و نتایج یک مدل آن با نتایج نرم افزار فلوئنت برای همان مدل مقایسه شده است. در ادامه به کمک نرم افزار فلوئنت به تحلیل نتایج برای شرایط گوناگون پرداخته شده است. در مدلسازی جریان آشفته از مدل sst k-ωاستفاده شده است. افت فشار برای نسبت قطر¬های مختلف مبدل به دست آمده است. تغییرات مقادیر ضرایب انتقال حرارت جابجایی دیواره ها در جریان حلقوی و توزیع دمای جریان در راستای عمق با تغییر نسبت قطر ها بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که به ازای افزایش مقاومت حرارتی در دیواره درونی، دمای خروجی افزایش می¬یابد. تولید آنتروپی کل برای نسبت قطرهای مختلف و با مقاومت های حرارتی متغیر در دیواره درونی به دست آمده است و به بررسی تغییرات نسبت قطر بهینه با تغییر مقاومت عایق در دیواره درونی پرداخته شده است. با افزایش مقاومت حرارتی در دیواره میانی کمینه آنتروپی و شعاع بهینه در نسبت قطر های بالاتر اتفاق می¬افتد. هر چه مقاومت حرارتی در دیواره میانی افزایش یابد تأثیر بخش اتلاف حرارتی در تولید آنتروپی و به دست آوردن نسبت قطر بهینه کمتر می شود و در نتیجه نسبت قطر هایی که در آن مینیمم تولید آنتروپی و مینیمم افت فشار اتفاق می افتد، به هم نزدیکتر می شود. در ادامه با استفاده از نانو سیال آب/اکسید آلومینیوم و آب/ اکسید مس که عملکرد حرارتی قابل قبولی را در مقایسه با نانوسیالات دیگر دارد، برای مقادیر مختلف کسر حجمی نانوسیال، تغییرات پارامترهای اصلی مورد بررسی قرار گرفته است. با افزودن نانو سیال، افزایش چشمگیری در انتقال حرارت مبدل و نیز همچنین افت فشار در مبدل اتفاق می افتد.