بررسي تاثير پارامترهاي هندسي و سطوح آب گريز بر عملكرد نيروگاه دودكش خورشيدي

Investigation of Geometrical Parameters and Hydrophobic Surfaces on the Performance of Solar Chimney Power Plant

هدف اصلي اين مطالعه، مدل سازي دودكش خورشيدي براي به دست آوردن رابطه بين توان توليدي توربين و پارامترهاي هندسي است كه در اين راستا 9 مدل مختلف براساس ارتفاع و قطر دودكش براي بررسي ميزان تاثير پارامترهاي هندسي بر عملكرد توربين تعريف شده است. همچنين به منظور ارتقاي عملكرد سيستم، سطوح آب گريز با اعمال شرط لغزش در ديواره ها مورد ارزيابي قرار گرفته است. مدل k-ε براي مدل سازي جريان آشفته مورد استفاده قرار گرفته و روش فن معكوس به منظور شبيه سازي توربين استفاده شده است. براي اين منظور ابتدا نتايج به دست آمده از تغييرات سرعت و دبي جرمي طبق مطالعات پيشين اعتبارسنجي شده و سپس با اعمال جهش هاي فشاري مختلف بر توربين ميزان اثرپذيري پارامترهاي هندسي مذكور مورد بررسي قرار گرفته است. با مقايسه اجمالي نمودارهاي دبي جرمي و توان خروجي توربين مدل ها مشاهده شد كه حالت بهينه دودكش نسبت به يك شرايط خاص قابل تعريف بوده و امكان تعريف يك حالت كلي بهينه براي دودكش خورشيدي وجود ندارد. به عبارتي پارامترهاي هندسي مورد مطالعه بايستي به طور همزمان در طراحي سيستم مورد ارزيابي قرار گيرند. همچنين در اين مطالعه رابطه اي بين توان توليدي توربين و ارتفاع و قطر دودكش براي يك حالت خاص به عنوان نمونه ارائه شده است. در نهايت، با اعمال شرط لغزش در ديواره ها براي شبيه سازي سطوح آب گريز، سعي بر كاهش ميزان تنش برشي در ديواره شده كه به ارتقاي 5 درصدي عملكرد سيستم منجر شده است.

The aim of this study is the modeling of the solar chimney for achieving the relation between turbine output power and geometrical parameters. In this regards, 9 different models are determined based on the variety of chimney height and diameter for investigating the effects of geometrical parameters on the turbine performance. As well as, in order to improvement of system performance, the hydrophobic surfaces were evaluated with consideration of friction reduction by verification of slip condition on walls. The k-ε turbulent model was used to modeling turbulence flow and reverse-fan model was employed for simulating the turbine. For this purpose, the extracted data from the mass flow rate and velocity changes were validated with prior studies and then were compared in different pressure jumps in order to better comprehension of the performance of the turbine. The optimization was done through the defined models and it was observed that to have a better and optimized design, the geometrical parameters should have been considered in the system design simultaneously. Meanwhile, the chimney diameter should have been paid more attention as one of the most important design parameters. Also, the precise correlation was represented to estimate the turbine output power with respect to the height and diameter of the chimney. Furthermore, based on the applying of slip condition on walls for simulating hydrophobic surfaces, shear stresses reduction was done and it was revealed that the hydrophobic surfaces could have a positive effect on the performance of SCPP up to 5 percent.