تم مناقشة اطروحة الدكتوراه للطالب صهيب جواد كاظم الشبيلات في قسم الهندسة الميكانيكية عن البحث الموسوم
Investigation of Natural Ventilation in a Room that Integrated with Evaporative Cooling Tower and Solar Chimney of Metal Foam Absorber
في يوم الخميس الموافق 11-11- 2021 وبأشراف أ.م.د. محمد عبد الرؤوف نعمة
وقد تشكلت لجنة المناقشة من السادة
- أ.د. عبد الهادي نعمة خليفة جامعة بغداد / كلية الهندسة رئيسا
- أ.د. نجم عبد جاسم جامعة بغداد / كلية الهندسة عضوا
- أ.م.د. عصام محمد علي جامعة بغداد / كلية الهندسة عضوا
- أ.م.د. اسيل خليل شياع الجامعة المستنصرية / كلية الهندسة عضوا
- أ.م.د. عمار علي فرحان جامعة بغداد / كلية الهندسة عضوا
تناول البحث
أجريت دراسة عددية وتجريبية لاختبار الأداء الحراري وتحسين السلوك الحراري للمدخنة الشمسية والتي يمكن تحقيقها بإضافة الرغوة المعدنية. نصبت المدخنة الشمسية بنظام غرفة الاختبار في بغداد ، العراق ، عند خط عرض 33.3 درجة شمالاً وخط طول 44.4 درجة شرقاً. نفذ العمل باستخدام مدخنة شمسية واحدة وتبريد تبخيري مثبت على سطح غرفة واحدة بحجم من 3 م3. أبعاد الغرفة 2 م طول و 1 م عرض و 1.5 م ارتفاع. صممت ثلاثة أنواع من المداخن الشمسية (لوح مسطح ، 10 PPI و 40 PPI رغوة معدنية) ووضعت في مواجهة الجنوب بأبعاد الطول × العرض × الفجوة الهوائية (2 م × 1 م × 0.3 م). أختبرت أربع زوايا ميل (30ͦ ، 45ͦ ، ͦ60 ، 75ͦ) وخمسة ارتفاعات مختلفة من لوح الامتصاص (5 ، 10 ، 15 ، 20 ، 25 سم) لكل مدخنة شمسية في ظروف مناخ بغداد.
باستخدام المحاكاة العددية ، أستخدمت ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) لحل المعادلات التي تحكم التدفق ونقل الحرارة لنماذج المدخنة الشمسية. أستخدم برنامج ANSYS FLUENT 14.5 لحلها باستخدام تقنية التحكم في الحجم العددي. حلت المعادلات الحاكمة ومعادلات انتقال الحرارة بالإشعاع باستخدام تقنية نمذجة الحجم المحدود ، والتي يتم تنفيذها من خلال استخدام حزمة برامج ANSYS Fluent (الإصدار 14.5). أظهرت النتائج أن وجود ألواح ماصة من الفوم المعدني (10 & 40) PPI أدى إلى تحسين نقل الحرارة مما أدى إلى زيادة سرعة الهواء في المدخنة الشمسية بحوالي (13.3٪ و 5.3٪ على التوالي) عند أعلى زاوية ميل (60°) مقارنة بألواح الامتصاص المسطحة التقليدية. تناقص الحد الأقصى لمتوسط سرعة الهواء باستخدام 10 PPI مع زيادة ارتفاع لوحة الامتصاص (من 5 إلى 25 سم) إلى حوالي (54.4٪). أدت طريقة التبريد التبخيري إلى تقليل درجة حرارة الغرفة أقل من درجة حرارة الظروف الخارجية ، بحوالي 3.2-4.7 درجة مئوية. الظروف المناسبة لهذه الأنماط محدودة بسبب الرطوبة النسبية المنخفضة ، والإشعاع الشمسي العالي ، والهواء المستحث من المناطق الجافة. التحسين في الرطوبة النسبية في نمط التبريد التبخيري في الغرفة للوح امتصاص 10 PPI إلى حوالي 15.3٪ بزاوية ميل (60 درجة) إذا ما قورنت بلوحة الامتصاص المسطحة عند نفس زاوية الميل.
في الجزء التجريبي من هذه الدراسة ، جهاز العمل صمم وصنع واختبر لدراسة تأثير أداء المدخنة الشمسية في ظروف الحالة المستقرة ، وكذلك للتحقق من النتائج العددية. أجري الاختبار العملي جنبًا إلى جنب في الفترة من ديسمبر (2020) إلى يوليو (2021). أجريت التجارب من 9:00 ص إلى 4:00 م لأيام صافية. سجلت أقصى تحسين لسرعة تدفق الهواء في المدخنة الشمسية باستخدام لوح ماص (10 و 40) PPI 43.7٪ و 25٪ على التوالي عند Ɵ = ͦ60 درجة مقارنة بلوح الامتصاص المسطح التقليدي. تنخفض سرعة الهواء في المدخنة الشمسية بزيادة ارتفاع لوح الامتصاص من (5 إلى 25 سم) إلى حوالي (48.8٪). الكفاءة الحرارية القصوى للمدخنة الشمسية التي لوحظت بين (اللوح المسطح والرغوة المعدنية 40 PPI ، 10 PPI) كانت 49٪ ، 66.2٪ ، 72.1٪ على التوالي بزاوية ميل 60 درجة. كان الحد الأقصى لتغيير الهواء لكل ساعة في غرفة الاختبار والذي لوحظ بين (اللوح المسطح والرغوة المعدنية 40 PPI ، 10 PPI) هو (18.8) ، (24.4) ، (27.2) على التوالي بزاوية ميل 60 درجة. في نمط التبريد التبخيري ، حدث أكبر فرق في درجة حرارة الخروج من المبرد التبخيري ، 4.5-7 درجة مئوية ، ودرجة الحرارة الداخلية 2.5-3.2 عند الحد الأقصى للإشعاع الشمسي.
تمت مقارنة النتائج العددية والتجريبية وأظهرت اتجاهات وسلوكيات متشابهة ولكن اختلافات طفيفة بين المجموعتين. بلغ الحد الأقصى للانحراف في متوسط درجة حرارة اللوح الماص وسرعة تدفق الهواء عند مخرج المدخنة حوالي 3.1٪ لألواح امتصاص اللوح المسطح و 18.8٪ لألواح امتصاص 10 PPI.
