جلسه دفاعیه دکتری آقای سیدحسین فلاح  دانشجوی دکتری رشته مهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژی تحت عنوان "بررسی عددی وتجربی میدان جریان و حرارت درون دودکش خورشیدی باکلکتور شیب‌دار" در روز سه‌شنبه مورخ 29/07/1404 ساعت 19 در دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه سمنان برگزار گردید.

این رساله تحت راهنمایی آقای دکتر محمد صادق ولی‌پور انجام شده است و توسط داوران محترم آقای دکتر امین‌رضا نقره‌آبادی (داور خارجی) و آقایان دکتر سیف الله سعدالدین و دکتر ایرج جعفری گاوزن (داوران داخلی) مورد ارزیابی قرار گرفته است. 

چکیده :

با توجه به اهمیت انرژی و منابع آن در زندگی انسان، راهکارهای متفاوتی جهت استفاده مطلوب از انرژی پیشنهاد و مورد مطالعه قرار گرفته است. در این میان فناوری­های استفاده از انرژی­های پاک و تجدیدپذیر جایگاه ویژه­ای را به خود اختصاص داده است. نمونه­ای از این فناوری­ها، نیروگاه دودکش خورشیدی است که توسط آن می­توان از خورشید به عنوان منبع انرژی برای تولید توان استفاده کرد. به منظور کاهش ارتفاع دودکش، نیروگاه دودکش خورشیدی با کلکتور شیب­دار برای اجرا در دامنه کوه می­تواند مورد استفاده قرار گیرد. در این رساله، بررسی عملکرد نیروگاه دودکش خورشیدی با کلکتور شیب­دار در مقیاس آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفته است. این مطالعه به صورت تجربی و همچنین، به صورت عددی (با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent) انجام شده است. 

براساس نتایج شبیه­سازی، ابعاد و مکان بهینه برای ناهمواری مصنوعی درون کلکتور وجود دارد. از نظر هندسی، ناهمواری در نزدیک ورودی کلکتور عملکرد بهتری نسبت به سایر مکان­ها دارد. براساس شبیه­سازی سه­بعدی و نتایج تجربی برای یک نمونه آزمایشگاهی از نیروگاه در معرض تابش خورشید، جریان حالت پایا یک فرض قابل قبول برای تابش خورشیدی بالای 600 وات بر متر مربع است. حداکثر سرعت هوا در نیروگاه دودکش خورشیدی با کلکتور شیب­دار که در ورودی دودکش رخ می­دهد، برابر 73/2 متر بر ثانیه است. همچنین از نظر هندسی، با کاهش 25 درصدی ارتفاع دودکش (از 9 متر به 25/2 متر)، حداکثر سرعت هوا از 73/2 به 07/2 متر بر ثانیه کاهش یافت. تحلیل مقیاسی و ابعادی برای ارزیابی طول مشخصه و متغیرهای بدون بعد نیروگاه دودکش خورشیدی با کلکتور شیب­دار نشان داد که، طول کلکتور را می­توان به عنوان طول مشخصه در نظر گرفت. علاوه بر این، براساس گروه­های بدون بعد، تشابه کامل بین مدل­هایی که از نظر هندسی مشابه بودند برقرار نیست. براساس نتایج تجربی از یک نمونه آزمایشگاهی در محیط داخلی، سرعت هوا در ورودی دودکش با تغییر زاویه کلکتور از 30 به 60 درجه تغییر اندکی دارد، در حالی که حداکثر سرعت هوا از زاویه کلکتور 30 درجه به حالت افقی کلکتور حدود 1/23 درصد کاهش می­یابد. براساس نتایج، برای ساخت یک نمونه از این نیروگاه، می­توان زاویه 30 یا 40 درجه را انتخاب کرد.

Abstract:

Energy and energy resources have a vital role in human life. In order to use energy optimally, various strategies have been proposed and studied. Without a doubt, renewable energy technologies are an approach to manage energy consumption. The solar chimney power plant has been admitted as one of the solar technology which has proved capable of using solar energy. Conventional solar chimney power plants have significant constraints for utilizing solar energy in mountainous regions. Hence, the sloped solar chimney power plant can be suggested to generate electricity. In this thesis, the performance of the sloped solar chimney power plant studied on a laboratory scale. This study is carried out experimentally and numerically.

A three-dimensional simulation showed that, there is an optimal dimension and location for artificial roughness. Geometrically, the location of this roughness near the collector entrance has a better performance than other locations. Simulation results indicate that steady state flow is an applicable assumption, for solar radiations above 600 W/m² in a day. Further, the maximum air velocity in a sloped solar chimney power plant where is the entrance of the chimney is reported 2.73 m/s. Last but not least, geometrically, the studies showed by reduction of the height of the chimney by 25% (from 9 to 2.25 m), the maximum air velocity is decreased considerably from 2.73 to 2.07 m/s. Scale and dimensional analysis is investigated to evaluate the characteristic length and dimensionless variables of the sloped solar chimney power plant. Generally, similarity does not exist between models because the dimensionless groups are not the same. An indoor sloped solar chimney power plant is built experimentally and compared with a simulation of a model with solar radiation. Moreover, the sloped collector in the indoor experimental setup is adjustable geometrically to study the impact of the sloped collector on the performance of a small-scale prototype. The collector angle has a slight effect on the air velocity at the chimney inlet by changing the angle from 30⁰ to 60⁰, while the maximum air velocity for the collector angle 30⁰ compared to 0⁰ decreases by about 23.1%. Based on the results, this power plant can be built with a collector angle of 30⁰ or 40⁰.

این رساله با درجه خوب مورد پذیرش هیات داوران قرار گرفت و تاکنون دو مقاله ISI (Q1) از نتایج این تحقیق استخراج و منتشر شده است.