دانلود مقاله شبیه سازی ترمودینامیکی نیروگا ه های دودکش خورشیدی با در نظر گرفتن جاذب سطحی ایده آل

چکیده امروزه نیروگاه های دودکش خورشیدی به دلیل قابلیت تامین توان های الکتریکی بالا مورد توجه متخصصین قرار گرفته و یکی از منابع تولید توان -در مقیاس های ملی - در آینده نزدیک خواهند بود.

در این مقاله به بررسی و شبیه سازی ترمودینامیکی عملکرد اولین نمونه نیروگاه دودکش خورشیدی ساخته شده در اسپانیا پرداخته شده است.

تعاریف، فرآیندهای فیزیکی و مکانیزم های انتقال حرارت مرتبط مورد بررسی قرار گرفته و روابط هر یک بیان شده است.

در ادامه به کمک این روابط تحلیلی، معادلات حاکم بر رفتار هوا به عنوان سیال عامل، در فرآیند کاری این نیروگاه ها تشریح شده است.

مقایسه نتایج حاصل از این شبیه سازی با نتایج تجربی در دسترس ، بیانگر انطباق مناسب داده ها می باشد.

مقدمه در طی سالهای اخیر با پیشرفت سریع اقتصاد جهانی و افزایش جمعیت و استاندارد سطح زندگی، ذخایر طبیعی و فسیلی با نرخ بسیار بیشتری مورد استفاده و بهره برداری قرار گرفته اند.

استفاده از ذخایر فسیلی و قطع درختان سبب شده است تا تغییرات قابل توجهی در شرایط اتمسفری زمین از جمله تولید گازهای گلخانه ای روی بدهد که از مهمترین نتایج آن میتوان به گرم شدن زمین، ذوب شدن مقادیر قابل توجهی از کوه های یخی قطبی، بالا آمدن سطح آب دریاها، کاهش گونه های زیستی، اسیدی شدن آب دریاها و بسیاری از اتفاقات زیست محیطی که حیات انسان را بر روی این کره تهدید می- کنند، اشاره کرد .

این مسئله پیشرفت و توسعه بسیاری از کشورها را با چالش مواجه ساخته است.

استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر میتواند نقش مهمی در حل این چالش بوجود آمده داشته باشد.

فن آوری نیروگاه های دودکش خورشیدی یک فن آوری تولید توان در مقیاس بزرگ است که میتواند علاوه بر پرتوهای مستقیم خورشیدی ، پرتوهای غیرمستقیم را نیز جذب کند و بدون بوجود آوردن گازهای گلخانه ای، توان الکتریکی تولید نماید یک نیروگاه دودکش خورشیدی SCPP) از سه بخش اصلی تشکیل شده است: جمع کننده پرتو های خورشیدی، دودکش خورشیدی (که در وسط جمع کننده قرار داده می شود) و یک تشکیل شده است: جمع کننده پرتوهای خورشیدی، دودکش خورشیدی (که در وسط جمع کننده قرار داده می شود) و یک سیستم مبدل توان PCU) (که شامل یک یا چند توربین و ژنراتور برای تولید توان الکتریکی می باشد ).

بواسطه پدپده گرمایش گلخانه ای که در داخل جمع کننده اتفاق می افتد، هوای داخل جمع کننده گرم شده و چگالی آن در مقایسه با چگالی هوای بیرون کاهش می یابد .

از این رو به واسطه تاثیرات نیروی شناوری هوای داخل جمع کننده به سمت دودکش جریان یافته و توربینهای تعبیه شده درون دودکش خورشیدی را میچرخاند و در نتیجه به کمک ژنراتور کوپل ( شده به توربین، توان الکتریکی تولید می شود .

در شکل ( 1 تصویر شماتیک یک نیروگاه دودکش خورشیدی نمایش داده شده است.

توانایی این تکنولوژی در تامین توان های بالا بوسیله ساخت موفقیت آمیز یک نمونه 50 کیلو واتی از نیروگاه های دودکش خورشیدی در مانزانارس اسپانیا تایید شده است.

مناسب ترین مکان برای ساخت نیروگاه های دودکش خورشیدی بزرگ در بیابان میباشد[ 5].

با توجه به اینکه کشور ما دارای بیابانهای وسیعی است که دماهای بالایی را در طول سال تجربه میکنند، پتانسیل مناسبی برای استفاده از این نوع نیروگاه های خورشیدی در کشور وجود دارد.

تکنولوژی مورد نیاز این نیروگاه ها ساده و قابل اطمینان بوده و در دسترس کشورهای کمتر توسعه یافت ه نیز می باشد .

هزینه نگهداری اندک، عدم نیاز به سوخت وهمچنین عدم نیاز به آب برای خنک کاری از جمله مهمترین فواید نیروگاه های دودکش خورشیدی به شمار می رود.

مهمترین مشکل این نیروگاه ها راندمان حرارتی پایین آنها است.

با این وجود با افزایش طول دودکش این نیروگاه ها می توان راندمان حرارتی را افزایش داد.

در راستای تولید توان با صرفه اقتصادی، توسط این نیروگاه ها نه تنها به جمع کننده بزرگی برای جذب مقدار زیادی از حرارت خورشید نیاز است، بلکه به دودکشهای بسیار طویلی نیز احتیاج است تا نیروی پیشران و دبی حجمی بالایی را برای چرخاندن توربین های بزرگ فراهم نمایند.

از سوی دیگر، این موارد سبب افزایش راندمان کلی نیروگاه و در نتیجه کاهش هزینه تمام شده توان تولیدی میگردند.

عملکرد نیروگاه های دودکش خورشیدی به کمک روش های تحلیلی، ترمودینامیکی و اخیرا با به کارگیری روشهای عددی، مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است.

در این مقاله معادلات حاکم بر رفتار جریان مورد بررسی قرار گرفته است .

سپس معادلات بر مبنای روش حجم محدود گسسته سازی شده اند.

با توجه به تقارن محوری موجود در دودکش های خورشیدی، طرح کلی به صورت دو بعدی و متقارن محوری شبیه سازی شده است.

برای محاسبه مقادیر کمیت ها بر روی سط وح شبکه های محاسباتی در حل معادلات ممنتوم از روش باد سوم رتبه دوم استفاده شده است.

کوپلینگ سرعت- فشار نیز با استفاده از روش گام جزئی 3 صورت پذیرفته است.

معادلات به به صورت وابسته به زمان و با در نظر گرفتن روش ضمنی مرتبه اول از دیدگاه زمانی گسسته سازی شده اند .

برای حل معادلات نیز از نرم افزار فلوئنت استفاده گریده است.

با توجه به تغییرات اندک چگالی هوا در داخل نیروگاه دودکش خورشیدی، معادلات حاکم (پیوستگی، ممنتوم و انرژی ) با فرض جریان تراکم ناپذیرحل شده اند.

مقادیر فشار بر روی سطوح شبکه های محاسباتی در معادله تصح یح فشار نیز با استفاده از روش PRESTO محاسبه گردیده است.

اثرات دما به صورت یک عبارت منبع در معادله ممنتوم اضافه گردیده است تا نیروی شناوری ناشی از کاهش چگالی هوا مطابق روش بوزینیک 4 شبیه سازی شود.

با توجه به عدد رینولدز و رایلی جریان شبیه سازی شده، جریان آشفته بوده و ضروری است تا اثرات آشفتگی جریان در محاسبات لحاظ گردد.

بدین منظور از مدل دو معادله ای k – e استاندارد استفاده شده است.

از روش دیواره استاندارد برای شبیه سازی جریان آشفته در نزدیکی دیواره ها و تخمین لایه مرزی استفاده شده است.

پارامترهایی همچون تغییرات دمای سیال عامل (هو ا) درون جمع کننده، تاثیرات مقدار شار دریافتی بر روی راندمان کلی، اثرات متقابل میدانهای سرعت و فشار، میزان انتقال حرارت ، توزیع حرارتی در شارهای خورشیدی مختلف و مقادیر مرتبط با مکانیزم های مختلف انتقال حرارت از مواردی هستند که بررسی و ارزیابی شده اند.

در انتها نتایج بدست آمده با نتایج تجربی مقایسه شده و درستی شبیه سازی انجام شده اثبات گردیده است.

-2 تعاریف -1-2 جمع کننده یک جمع کننده نیروگاه دودکش خورشیدی شامل شبکه حفاظتی 1 ، ساختار ستونی و سقف شفاف می باشد .

یک جمع کننده بزرگ زمانی شکل میگیرد که یک سقف شیشه ای یا پلاستیکی توسط شبکه های حفاظتی چندین متر بر روی سطح زمین گسترش یابد.

ارتفاع سقف از روی زمین از لبه ها به سمت مرکز با شیب بسیار ملایمی افزایش مییابد.

این امر سبب میشود تا جریان هوا از لبه ها به سمت مرکز با حداقل اصطکاک و افت شکل بگیرد .

این سقف شفاف پرتوهای مستقیم و غیرمستقیم خورشیدی را از خود عبور داده و به داخل جمع کننده هدایت میکند.

از طرف دیگر به دلیل اثر گلخانه ای مانع از خروج پرتوهای تابیده شده از کف جمع کننده، که از این به بعد آنرا زمین می نامیم ، می شود .

در نهایت این امر سبب میشود تا سطح کف گرم شده و سبب گرم شدن هوای بین کف و سقف جمع کننده شود .

به دلیل نیروی شناوری و امتداد شیب سقف، هوای گرم شده در امتداد شعاعی از لبه های جاذب به سمت مرکز آن (که محل قرار گیری دودکش است)، جریان مییابد.

به منظور افزایش ظرفیت ذخیره حرارتی کف جمع کننده، معمولا در کف آن از تجهیزاتی نظیر تانکرهای آب استفاده می گردد .

در شبیه سازی حاضر فرض شده است که کف جمع کننده دارای خاصیت جذب کنندگی ایده ال است، بدین معنی که تمامی تابش دریافتی از خورشید را جذب و به حرارت تبدیل میکند.

اصطکاک و افت شکل بگیرد .

-2-2 واحد تبدل توان توربین ژنراتورها هسته اصلی نیروگاه دودکش خورشیدی می باشند.

هدف توربین، تبدیل توان ایرودینامیکی هوا با بازده مناسب به توان مکانیکی (شفت چرخان) است.

توربین هایی که در نیروگاه های خورشیدی مورد استفاده قرار میگیرند عموما جریان محوری هستند.

خصوصیات توربینهای مورد استفاده در این نیروگاه ها از احاظ تعداد پره های روتور، سرعت مخصوص پره ها و قطر توربین، ما بین مشخصه های توربینهای بادی و توربینهای گازی (جت) قرار میگیرد.

پره های این توربین ها نظیر توربینهای بادی قابل تنظیم است اما مشابه توربین های گازی، جریان در این توربینها بسته است.

توربین های بکار رفته میتوانند پره های هدایت کننده ورودی جریان نیز داشته باشند.

طرحهای مختلفی برای نصب، محل نصب و طرح کلی توربینهای نیروگاه دودکش خورشیدی ارائه شده است .

توربینهای مرسوم معمولا در پایه دودکش نصب میشوند برای نیروگاه مانزانارس، توربین تک روتور محوری عمودی بدون پره های هدایت کننده ورودی در نظر گرفته شده است در نظر گرفتن اثرات افت فشار ناشی از توربین، یکی از چالش های شبیه سازی نیروگاه های دودکش خورشیدی است .

بر همین اساس، شبیه سازی توربین نیروگاه دودکش خورشیدی به مطالعات آتی موکول گردیده است.

-3-2 دودکش خورشیدی دودکش خورشیدی که در مرکز جمع کننده قرار دارد، در واقع موتور حرارتی نیروگاه است.

در این سیستم، اختلاف دما و نیروی شناوری باعث القای جریان در جمع کننده و دودکش می شود.

دودکش شبیه یک تیوب فشاری است که بواسطه نسبت حجم به سطح مناسبی که دارد ، دارای افتهای اصطکاکی کمی می باشد .

دبی جرمی هوای بالارونده از دودکش به افزایش دمای هوا درون جمع کننده و ارتفاع دودکش وابسته است.

دیاگرام شماتیک یک نیروگاه دودکش خورشیدی معادلات ترمودینامیکی حاکم انتقال حرارت و میدان سرعت - فشار جریان هوا را میتوان به کمک حل معادلات بقای جرم و ممنتوم حاکم محاسبه نمود .

با توجه به نحوه عملکرد یک نیروگاه دودکش خورشیدی و خصوصیات رفتاری آن، در اکثر بررسی ها اثرات تغییرات چگالی هوا به کمک روش بوزینیسک به صورت یک عبارت منبع در معادله ممنتوم وارد می شود و در نتیجه سایر معادلات با فرض جریان تراکم ناپذیرحل می شوند.

معادلات حاکم مرتبط عبارتند از: پیوستگی معادله ( 1) نشان دهنده فرم کلی معادله پیوستگی میباشد.

ممنتوم معادله ( 2) نشان دهنده فرم کلی معادله ممنتوم در راستاهای X و y می باشد.

معادله انرژی معادله ( 3) نشان دهنده فرم کلی معادله انرژی میباشد.

اطلاعات مربوط به مشخصات هر یک از پارامترهای بیان شده در روابط مذکور در کتب و متن های مهندسی، قابل دستیابی است.

تحقیقات گسترده ای بر روی انتقال حرارت و خصوصیات جریان های درون نیروگاه های دودکش خورشیدی صورت در بررسی های صورت گرفته ضرایب - گرفته است تجربی مربوط به انتقال حرارت از سقف به جریان هوای درون جمع کننده، از سقف به محیط آزاد، و از کف جمع کننده به هوای درون جمع کننده نیز ارائه شده است .

در برخی از بررسی های صورت گرفته، روش های مختلف محاسبه فلاکس های حرارتی در جمع کننده و همچنین تاثیر آنها بر روی عملکرد کلی نیروگاه مورد ارزیابی قرار گرفته است.

-4 هندسه و شرایط مرزی هندسه در نظر گرفته شده برای شبیه سازی عددی نیروگاه دودکش خورشیدی ، در شکل ( 2) نمایش داده شده است .

هندسه و ابعاد در نظر گرفته شده برای شبی هسازی نیروگاه دوکش خورشیدی مانزانارس اسپانیا مطابق اطلاعات ارائه شده برای نیروگاه مانزانارس، ارتفاع دودکش برابر 200 متر، قطر دودکش برابر 10 متر، شعاع جمع کننده برابر 122 متر و فاصله سقف جمع کننده از زمین بین 2 تا 6 متر از ورودی تا محل اتصال به دودکش است.

همین ابعاد برای مدلسازی نیروگاه دودکش خورشیدی در این مقاله مورد استفاده قرار گرفته است.

شبکه بندی در نظر گرفته شده از نوع ساختار یافته است که در نزدیکی دیواره ها و مح ل ه ایی که گرادیان پارامترها بیشتر م یشود، برای دستیابی به دقت مناسب ریزتر شده اند.

در شکل ( 3) شبکه بندی استفاده شده نمایش داده شده است.

شبکه بندی صورت گرفته برای مدلسازی جریان در داخل نیروگاه دودکش خورشیدی به منظور تطابق کامل شرایط در نظر گرفته شده در شبیه سازی عددی با شرایط عملکرد واقعی نیروگاه مانزانارس اسپانیا، شرط مرزی فشار ثابت در ورودی و خروجی با مقادیری برابر با فشار اتمسفریک اعمال گردیده است.

دیواره ها نیز بدون 0 در نظر گرفته شده اند .

مرز حرارتی / حرکت و با زبری 5 دیوارها مگر در مواردی که اشاره شده است، عایق حرارتی در نظر گرفته شده است.

دمای محیط برابر 293 کلوین و ثابت در نظر گرفته شده است.

دمای جریان ورودی، جریان برگشتی از خروجی دودکش و سیال بالای سقف جمع کننده برابر با دمای محیط در نظر گرفته شده است.

فرض شده است که دیواره های دودکش عایق بوده و هیچ انتقال حرارتی با محیط اطراف ندارند.

مطابق اطلاعات ارائه شده، سقف دودکش دارای ضریب جذب 15/0 عبوردهی 85/0 است.

مکانیزم های انتقال حرارت با توجه به اینکه دیواره های دودکش عایق در نظر گرفته می - شود، هیچ انتقال حرارتی در دودکش صورت نمی گیرد .

از طرف دیگر با توجه به ناچیز بودن انتقال حرارت در توربین، مکانیزم های انتقال حرارت اصلی یک نیروگاه دودکش خورشیدی به جمع کننده آن مربوط می شود.

در ادامه مکانیزم های انتقال حرارت سقف و کف جمع کننده به عنوان مرزهای محاسباتی ارائه شده است: سقف جمع کننده دریافت شده از خورشید 15/0 کل تابش دریافت شده از خورشید.

انتقال حرارت جابه جایی آزاد با هوای محیط: با توجه به اینکه سرعت هوای محیط بین یک تا دو متر در نظر گرفته می شود، می توان ضریب جابجایی این قسمت را ثابت و برابر 10 وات بر متر مربع بر کلوین در نظر گرفت.

انتقال حرارت جابجایی با سیال عامل درون جمع کننده: با ریز کردن شبکه محاسباتی در نزدیکی دیواره ها تلاش شده است این انتقال حرارت به درستی شبیه سازی گردد.

تابش بین سقف و هوای آزاد: به دلیل مقدار اندک آن صرف نظر میگردد.

تابش بین سقف و کف جمع کننده: به دلیل مقدار اندک آن صرف نظر میگردد.

کف جمع کننده )زمین( جذب تابش از خورشید: معادل 85/0 کل تابش دریافت شده از خورشید انتقال حرارت با زمین: با فرض جاذب اید هال از این انتقال حرارت صرف نظر شده است.

جابجایی با سیال عامل تابش بین سقف و کف جمع کننده: به دلیل مقدار اندک آن صرف نظر میگردد.

-6 نتایج عددی در این مقاله نتایج حل عددی با نتایج تجربی هاف و همکارانش در سال 1983 برای اولین نمونه نیروگاه دودکش خورشیدی ساخته شده در اسپانیا مقایسه شده و انطباق مناسب دادهها در جدول ( 1) نشان داده شده است .

یکی از دلایل اختلاف در مقدار افزایش دمای جمع کننده استفاده از فرض جاذب ایده آل در انجام محاسبات است .

در شرایط واقعی مقداری از تابش دریافتی توسط سطح زمین به اعماق زمین از طریق هدایت منتقل میشود.

به منظور مقایسه نتایج بدست آمده در حالا ت مختلف با یکدیگر در برخی از موارد نیاز است تا نتایج با یک مقدار مرجع بی بعد شوند.

به همین منظور تابش خورشیدی برابر با 800 وات بر مترمربع به عنوان شرایط مرجع در نظر گرفته می شود.

بدیهی است نتایج بدست آمده برای این شرایط نیز در پارامترهای متناظر خود حکم مقدار مرجع را خواهند داشت.

مقایسه نتایج حل عددی با نتایج تجربی هاف و همکارانش (سال 1983) 6-1- بررسی اثرات تغییرات شار تابشی خورشید در این بخش به منظور بررسی تاثیرات شار تابش دریافتی از خورشید، مقادیر شار دریافتی از 200 تا 1200 وات بر متر مربع تغییر داده شده و مقدار دبی جرمی خروجی از نیروگاه به عنوان عامل مستقیم تاثیرگذار بر روی توان تولیدی ، مورد بررسی قرار گرفته است.

در این قسمت فرض شده است که 0 است .

/ 0 و ضریب عبور آن 85 / ضریب جذب سقف 15 همچنین فرض شده است که بر روی سطح زمین درون قسمت جمع کننده، ورقی قرار داده شده است که تمامی تابش دریافتی از خورشید را در خود نگه می دارد و تنها از طریق انتقال حرارت جابجایی تابش را به سیال عامل منتقل می نماید )دریافت کننده ایده ال( در این فرض از اتلافات ناشی از تابش بین زمین و سقف و همچنین بین سیال عامل و زمین صرف نظر شده است.

در شکل ( 4) تغییرات دبی جریان خروجی از دودکش نیروگاه در برابر تابش دریافتی به صورت بی بعد شده نمایش داده شده است.

شرایط مرجع در نظر گرفته شده برای بی بعد سازی شار دریافتی 800 وات بر متر مربع و دبی جریان متناظر با این مقدار تابش، 1447 کیلوگرم بر ثانیه است.

همانطور که در شکل ( 4) نمایش داده شده است در تابشهای بسیار کم با افزایش مقدار تابش، مقدار دبی خروجی از دودکش و در نتیجه راندمان آن افزایش خواهد یافت.

نرخ افزایش دبی در برابر تابش در مقادیر تابش بیشتر از حدود 800 وات بر متر مربع کاهش مییابد.

برای نمونه در این حالت به ازای افزایش مقدار تابش از 400 به 800 وات بر متر مربع، مقدار دبی جرمی از 1134 به 1447 کیلوگرم بر ثانیه افزایش مییابد.

به عبارتی برای نسبت افزایش 5/0 در مقدار تابش، دبی جرمی با نسبت22/0 افزایش مییابد: با افزایش مقدار تابش از 800 به 1200 وات بر متر مربع، مقدار دبی از 1447 به 1668 کیلوگرم بر ثانیه افزایش مییابد.

به عبارتی برای نسبت افزایش 5/0 در مقدار تابش، دبی جرمی با نسبت 15/0 افزایش مییابد با مقایسه مقادیر بدست آمده مشخص میشود که نرخ افزایش دبی در برابر افزایش تابش در مقادیر تابش بیشتر از 800 وات بر متر مربع کاهش مییابد.

تغییرات دبی خروجی بی بعد شده در برابر تابش دریافتی بی بعد شده 6-2- بررسی اثرات تغییرات دمای سقف و کف زمین بر روی دمای سیال عامل با توجه به انتقال حرارت صورت گرفته در درون جمع کننده ، جریان هوای ورودی در هنگام عبور از داخل جمع کننده گرمتر میگردد.

اختلاف دمای بین ورودی و خروجی جمع کننده در واقع بیان کننده راندمان عملکردی و بازده بخش جمع کننده جریان نیروگاه است.

بدین منظور در این قسمت با ثابت نگه داشتن دبی ورودی جریان هوا به داخل جمع کننده و همچنین ثابت نگه داشتن دمای سقف و زمین، نحوه افزایش دمای هوا در درون جمع کننده بررسی گردیده است.

بر مبنای نتایج بدست آمده و همانطور که انتظار می رفت با افزایش دمای سقف و زمین، انتقال حرارت افزایش یافته و دمای هوا در خروجی جمع کننده و ورودی توربین بیشتر می گردد .

بر مبنای شبیه سازی های صورت گرفته مشخص گردید که به ازای افزایش دمای 10 درجه ای سقف و زمین، در دماهای کاری حدود 300 درجه کلوین، دمای هوای خروجی از جمع کننده 4 درجه افزایش مییابد.

در شکل ( 5) تغییرات دمای هوا بر حسب شعاع جمع کننده، ارائه شده است.

دمای هوای ورودی برابر 293 کلوین و دبی جریان ورودی هوا برابر 1000 کیلوگرم بر ثانیه در نظر گرفته شده است.

توزیع دمای هوای درون جمع کننده به ازای دماهای مختلف سقف و کف جمع کننده 6-3- بررسی تاثیرات شار تابشی بر روی مشخصات جریان به منظور بررسی اثرات تابش خورشید بر روی راندمان و عملکرد کلی نیروگاه دودکش خورشیدی، سه کمیت سرعت، فشار و دمای هوای درون جمع کننده به عنوان پارامترهای کلیدی مورد توجه قرار گرفته است.

تابشهای در نظر گرفته 800 و 1200 وات بر متر مربع است و مقادیر ، شده 400 پارامترهای مد نظر در مرکز مقطع جمع کننده اندازه گیری شده است.

با افزایش شار تابشی، حرارت دریافت شده توسط کف و همچنین سقف جمع کننده بیشتر و در نتیجه دمای آنها بالاتر خواهد رفت.

با افزایش دمای این دو سطح، انتقال حرارت میان آنها با هوای درون جمع کننده بیشتر شده و در نتیجه دمای هوا افزایش میابد.

همانطور که در شکل( 6) نشان داده شده است با افزایش تابش خورشیدی به ازای گامهای معادل 400 وات بر متر مربع، دمای هوای ورودی به دودکش خورشید حدود 7درجه افزایش مییابد.

توزیع دمای هوای درون جمع کننده به ازای مقادیر مختلف تابش خورشیدی با توجه به اینکه در ورودی جمع کننده مقدار سرعت ناچیز است و همچنین فشار نسبی نیز برابر صفر است، در طول جمع کننده با جریان یافتن هوای گرمتر به سمت دودکش خورشیدی و کاهش سطح مقطع، سرعت جریان بیشتر می شود .

این افزایش سرعت در شکل ( 7) نمایش داده شده است.

با افزایش سرعت، با توجه به رابطه بین فشار و سرعت مطابق معادله ناویر استوکس فشار سیال کاهش خواهد یافت.

توزیع سرعت هوای درون جمع کننده به ازای مقادیرمختلف تابش خورشیدی جمع بندی و نتیجه گیری تکنولوژی دودکش های توان خورشیدی یک نمونه از تکنولوژی های حرارتی خورشیدی ساده م ی باشد که از سه بخش اصلی جمع کننده های خورشیدی، دودکش خورشیدی و واحد تبدیل توان تشکیل شده است.

به منظور افزایش عملکرد یک واحد نیروگاهی دودکش خورشیدی، طرح های متنوعی برای اجزای مختلف آن ارائه شده است .

شبیه سازی عددی معادلات حاکم بر رفتار یک نیروگاه دودکش خورشیدی ، می تواند در ارزیابی طرح های مختلف بسیار مفید باشد .

به همین منظور، در این مقاله معادلات حاکم، شرایط مرزی، محدودیت ها و روش های حل آنها به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است.

مکانیزم های مختلف انتقال حرارت در یک نیروگاه دودکش خورشیدی بررسی و روابط حاکم بر هر یک ارائه گردیده است.

توزیع حرارت، سرعت و فشار جریان هوای درون نیروگاه بررسی و اثرات متقابل آنها ارزیابی شده است .

همچنین با توجه به تغییرات مقدار تابش دریافتی در طی روز و همچنین در طی ماه های مختلف سال، عملکرد نیروگاه دودکش خورشیدی به ازای مقادیر مختلف تابش دریافتی مورد بررسی قرار گرفته است .

مقدار دبی جریان خروجی از دودکش نیروگاه به عنوان عامل تعیین کننده توان تولیدی توربین به ازای مقادیر مختلف تابش دریافتی بررسی شد و مشخص گردید که دبی خروجی با مقدار تابش دریافتی رابطهای تقریبا خطی دارد.

همچنین نتایج حاصله گویای این مساله است که نرخ افزایش دبی در مقابل افزایش تابش تا رسیدن به مقادیری در حدود 800 وات بر متر مربع بیشتر از نرخ افزایش دبی در مقابل افزایش تابش به ازای تابشهای بزرگتر از 800 وات بر متر مربع است.

با توجه به کاهش ذخایر فسیلی و رشد روز افزون استفاده از انرژی های تجدیدپذیر -در مقیاس های ملی- انتظار میرود تا در آینده نیروگاه های دودکش خورشیدی نقش برجسته ای در تولید توان و انرژی تجدیدپذیر داشته باشند و در این مسیر شبیه سازی عددی و بررسی ترمودینامیکی این نیروگا ه ها به عنوان یک ابزار سودمند میتواند در تعیین و تحلیل راندمان و عملکرد نیروگاه های توان خورشیدی بسیار مفید واقع گردد.

نتابجسرعت متوسط خروجی دودکش (متر بر ثانیه)افزایش دمای سیال در جمع کننده (کلوین)نتایج تجربی1520نتایج حل عددی7/165/24